Los científicos de materiales que buscan encapsular gotitas de un fluido dentro de otro a menudo usan moléculas como jabón o micro o nanopartículas para hacerlo. Una forma distinta de envolver una gotita es usar una lámina delgada que requiere acción capilar para envolver naturalmenteuna gota en una capa de película, pero debido a que se necesita cierta fuerza para doblar una hoja alrededor de una gota, se pensó que había límites en lo que se puede lograr con este proceso.
Ahora, los físicos experimentales y teóricos y un científico de polímeros de la Universidad de Massachusetts Amherst se han unido para usar láminas mucho más delgadas que antes para lograr este proceso de envoltura. Las láminas más delgadas y altamente flexibles elevan estas restricciones y permiten una nueva clase deformas envueltas, dice el físico experimental Narayanan Menon.
Señala que tales técnicas de envoltura podrían usarse para contener líquidos tóxicos o corrosivos, para aislar físicamente una delicada carga líquida o para encoger las gotas de envoltura, señala. Los detalles aparecen hoy en una edición temprana en línea de Materiales de la naturaleza .
El equipo está formado por los físicos experimentales Menon y el investigador postdoctoral Joseph Paulsen, los físicos teóricos Vincent Démery, Benjamin Davidovitch y Christian Santangelo, y el científico de polímeros Thomas Russell.
Paulsen ideó un proceso en el que se coloca una hoja plana circular en una gota, que está completamente envuelta por la hoja a medida que el volumen de la gota se reduce gradualmente al extraer líquido con una pajita delgada. Las arrugas y pliegues a pequeña escala permiten que la hoja securva alrededor de la gota a medida que se envuelve.
Sorprendentemente, el uso de una piel muy delgada para envolver una gota conduce a formas no esféricas, mientras que uno podría haber imaginado que la lámina simplemente se conformaría con la forma esférica de la gota ". Estas formas no esféricas recuerdan los alimentos enque un relleno se envuelve dentro de una hoja de masa o masa, como una samosa, una empanada o una bola de masa ", dice Menon.
Los teóricos desarrollaron un modelo general que explica "todas las formas observadas parcial y totalmente envueltas puramente geométricamente, independientemente de los parámetros del material, en un régimen de espesor que a menudo ocurre en la naturaleza y se logra fácilmente en entornos tecnológicos".
Señalan que "las arrugas, pliegues y pliegues son difíciles de entender por sí solos, y mucho menos cuando interactúan en una geometría altamente curva. Sin embargo, mostramos que la esencia del proceso de envoltura puede entenderse sin describir ninguna pequeñacaracterísticas a escala ", señalan los autores. Paulsen agrega:" Hemos demostrado que para hojas muy delgadas, puede ignorar las características complicadas a pequeña escala y aún así predecir la forma tridimensional general del envoltorio ".
Este avance, financiado por la Fundación Keck, trae tres ventajas técnicas principales. Primero, cuando se usan láminas ultrafinas como envoltorios, seleccionan espontáneamente un método de envoltura que desperdicia la menor cantidad de material al envolver un volumen dado de fluido ".Esto corresponde a satisfacer el objetivo de todos los que han envuelto un regalo utilizando la menor cantidad de papel de regalo posible ", dice.
Segundo, las energías en la interfaz de envoltura de gotas y las propiedades mecánicas de la hoja son irrelevantes en el nuevo modelo, lo que permite una mayor funcionalidad, señalan los autores. Una mayor funcionalidad en este caso significa que si desea usar una hoja con diferentespropiedades, digamos diferente color, química o algo con agujeros, este proceso no se ve interrumpido, explica el físico.
Finalmente, se puede lograr una cobertura completa del fluido sin diseños de hojas especiales, dicen los investigadores. Menon agrega: "Los diseños de hojas especiales son posibles, pero si está tratando de hacer esto a gran escala, entonces es tedioso hacerhojas que se cortan de una manera complicada para que puedan doblarse fácilmente. Las hojas finas se arrugan y doblan automáticamente de tal manera que no es necesario cortarlas ".
Paulsen dice: "Esperamos que nuestros hallazgos sean útiles en aplicaciones donde una carga líquida necesita ser protegida en una barrera sólida. Nuestro enfoque principal estaba en la forma, pero esperamos que estas gotitas envueltas también tengan propiedades mecánicas interesantes".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Massachusetts en Amherst . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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