Los investigadores en el MIT y en otros lugares han desarrollado una nueva forma de conducir las gotas de fluido a través de las superficies de una manera controlada con precisión. El método podría abrir nuevas posibilidades para dispositivos microfluídicos altamente adaptables, así como para tecnologías de deshielo, superficies autolimpiantesy condensadores altamente eficientes.
El nuevo sistema utiliza diferencias de temperatura para empujar gotas de agua u otros fluidos a través de una superficie lisa, lo que permite un control preciso simplemente encendiendo y apagando los calentadores y enfriadores. El hallazgo se describe en el diario Fluidos de revisión física , en un documento del profesor asociado de ingeniería mecánica del MIT Kripa Varanasi, el profesor David Quere en ESPCI en París, el postdoctorado del MIT Nada Bjelobrk, el estudiante graduado Henri-Louis Girard, Srinivas Subramanyam PhD '16 y Hyuk-Min Kwon PhD '13.
Las diferencias de temperatura en una superficie, informan los investigadores, causan un cambio en la cantidad de tensión superficial a través de la gota. Eso hace que la gota se mueva hacia la dirección que disminuye su energía, la dirección de una tensión superficial más alta. Peroesto solo funciona si la superficie ha sido tratada de una manera que evite que las gotas se fijen en ella.
El tratamiento de la superficie es uno que Varanasi y sus colaboradores han estado desarrollando durante años. Forma la base de una nueva empresa llamada LiquiGlide que está comercializando la tecnología para su uso en contenedores, como botellas de ketchup que pueden verter fácilmente todo su contenido.
El tratamiento consiste en texturizar una superficie a microescala y luego impregnarla con una capa de aceite, que llena los espacios entre los postes y queda atrapada allí por las fuerzas capilares. Este lubricante atrapado hace que la superficie sea resbaladiza para las gotas. Además, ellas gotas tienen un área de contacto relativamente grande con la superficie, lo que permite una diferencia de temperatura bastante grande a través de la gota y una mayor fuerza de propulsión. Por el contrario, las gotas no se movieron sobre superficies superhidrofóbicas inspiradas en hojas de loto, ya que su área de contacto es demasiado pequeña parael gradiente de temperatura sea suficiente para mover la gota.
El efecto básico que este equipo está explotando, llamado movimiento termocapilar, ha sido demostrado anteriormente por otros investigadores, pero en esos casos el proceso requirió diferencias de temperatura muy grandes, e incluso entonces produjo movimientos muy lentos, lo que lo hace inadecuado para la mayoría de las aplicaciones prácticasEl nuevo sistema, con su superficie resbaladiza, requiere cambios de temperatura mucho más pequeños y acelera significativamente el movimiento de las gotas, impulsándolas hasta 10 veces más rápido.
"Ha habido intentos de usar termocapilaridad para impulsar las gotas de agua en las superficies", dice Varanasi, pero solo ahora "las gotas de agua se pueden mover a velocidades apreciables", lo que sería especialmente útil para muchas aplicaciones.
La física subyacente es similar a la de las "lágrimas" que se ven en las copas de vino, donde las diferencias en la tensión superficial causadas por la evaporación del alcohol pueden hacer que las gotas de vino suban a lo largo del costado del vaso. En este caso también, elEl movimiento termocapilar es causado por diferencias en la tensión superficial a través de partes de la gota.
El hallazgo podría usarse para producir nuevos tipos de dispositivos microfluídicos, por ejemplo, para pruebas biomédicas o químicas. En lugar de usar barreras físicas fijas para dirigir el flujo de líquido, estos dispositivos podrían usar conjuntos de elementos de calentamiento y enfriamiento para cambiar elconfiguración de flujos rápidamente, a voluntad, simplemente ajustando las diferencias regionales de temperatura en la superficie.
"Podría mover las gotas, mezclarlas, moverlas a los sitios de reacción", dice Girard, y así crear un "laboratorio en un chip" altamente flexible y ajustable. El sistema también permite un control preciso sobre la velocidad de las gotas en movimiento"Podrías modelar calentadores en dos dimensiones y hacer que las gotas sigan un laberinto", dice.
El proceso también podría encontrar aplicaciones, dicen los investigadores, en áreas como descongelar las alas de los aviones y otras superficies, o desarrollar condensadores potentes. En las plantas de energía, por ejemplo, las gotas más rápidas se pueden desprender de las superficies de condensación, cuanto máseficientemente la planta puede funcionar.
El concepto también podría encontrar aplicaciones para la investigación en el espacio, en un entorno de microgravedad donde los dispositivos de laboratorio normales que dependen de la gravedad para mover líquidos no funcionarían.
Inicialmente, la investigación se basó básicamente en "curiosidad", dice Varanasi, y comenzó con una discusión en una conferencia, donde él y Quere bosquejaron el concepto en una servilleta. Ahora, dice, al permitir una serie de experimentos controlados con precisión, este sistema "también nos permite comprender realmente la física de la termocapilaridad" mejor que nunca.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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