Un electrodo llevado a la superficie de un líquido que contiene micropartículas se puede utilizar para extraer cadenas de partículas sorprendentemente largas. Curiosamente, las partículas de las cadenas se mantienen unidas por una fina capa de líquido que las cubre. Este fenómeno espectacular, descubierto con la participación de científicos polacos y descrito en la revista Comunicaciones de la naturaleza , es prometedor para una amplia variedad de aplicaciones.
Un electrodo se eleva lentamente desde la superficie de un líquido, extrayendo partículas esféricas individuales que, un momento antes, se dispersaron caóticamente en una solución coloidal. Por lo tanto, se forma una cadena larga y regular de micropartículas sobre la superficie del líquido, enUn fenómeno previamente desapercibido. Fue observado, estudiado y descrito por primera vez por científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias IPC PAS, la Facultad de Física de la Universidad Adam Mickiewicz UAM, la Universidad Northwestern enEvanston Illinois, EE. UU. Y la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.
"Probablemente todos hemos visto a nuestras madres o abuelas usar collares hechos con cuentas ensartadas en un hilo. Las cadenas de micropartículas fabricadas y estudiadas por nuestro equipo se ven muy similares, pero son de tamaño mucho más pequeño. Sin embargo, lo más interesanteLo que está detrás de este proceso es la física. La formación de estas estructuras regulares está determinada por un conjunto de fenómenos que no son en absoluto triviales, y el papel del hilo que mantiene unidas las cuentas individuales lo desempeña ... un líquido.Es más, en un collar, el hilo pasa por las cuentas, mientras que nuestro hilo, en este caso el líquido, cubre las micropartículas ", dice el Dr. Filip Dutka de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.
"Este fenómeno fue descubierto accidentalmente, durante experimentos llevados a cabo en el Instituto de Química Física del PAS", relata el Dr. Zbigniew Rozynek, autor principal de la publicación en la revista Comunicaciones de la naturaleza , actualmente empleado en la Facultad de Física de la Universidad Adam Mickiewicz. "Usé un electrodo a varios cientos de voltios para examinar microesferas de vidrio que flotaban en la superficie del aceite. Cuando saqué el electrodo, me sorprendió ver un largoy una cadena muy regular en su punta. Cuando la examiné bajo el microscopio, resultó tener el grosor de una sola partícula ".
El fenómeno se asemeja visualmente a uno de los procesos tecnológicos más importantes de la actualidad, a saber, el método de cultivo de monocristales del profesor Jan Czochralski, que consiste en extraer lentamente un cristal semilla montado en una varilla del material fundido. Además, este método,que permite la fabricación de semiconductores de alta calidad para su uso en la industria electrónica, según se informa, también fue descubierto por accidente. Al escribir notas, el profesor Czochralski sumergió distraídamente su pluma en un crisol con estaño fundido en lugar de sumergirlo en el tintero.Al intentar sacar el bolígrafo, notó un filamento de estaño en su punta que, en una inspección más cercana, resultó ser un monocristal.
"Los materiales que se fabrican con el método de Czochralski son cristales, por lo que su estructura es regular en las tres dimensiones. Creamos nuestras estructuras no usando átomos o moléculas, sino micropartículas dispuestas regularmente a lo largo de una sola dimensión. Con un poco de libertad, podríamospor lo tanto, trate nuestras cadenas como cristales unidimensionales ", dice el Dr. Rozynek.
¿Cómo podemos formar tal cadena coloidal? Tomamos un recipiente con líquido no conductor, agregamos partículas esféricas y conductoras, y las mezclamos. Cuando traemos un electrodo por ejemplo, en forma de aguja alEn la superficie de la suspensión, una de las partículas se adhiere a su punta y se convierte en una extensión del electrodo, lo cual sucede porque las partículas conducen la electricidad. Si aplicamos un voltaje eléctrico adecuado, podremos sacar dichas esferas del líquido.una tras otra, formando así una cadena de partículas cubiertas con una fina capa del líquido. Cada par de partículas adyacentes se mantiene unida por un puente capilar líquido, formando contactos eléctricos estables. En consecuencia, una corriente eléctrica fluye a través de toda la cadena casitan eficientemente como a través de una sola partícula, permitiendo que la última partícula atraiga otra partícula de la solución.
"Se pueden encontrar puentes capilares en forma de reloj de arena entre cada par de esferas adyacentes en la cadena. Una vez que el campo eléctrico se apaga, juegan un papel crucial: al mantener las partículas juntas, mantienen la cadena intacta. Dado que el capilarLos puentes están compuestos simplemente de líquido, la cadena es muy flexible ", explica el Dr. Dutka.
Las cadenas de micropartículas se forman como resultado de interacciones complicadas de naturaleza eléctrica, gravitacional y capilar relacionadas con la tensión superficial del líquido. Aquí, la gravedad juega el papel de un spoiler: si una cadena se vuelve demasiado pesada, la gravedad lo cortará como unas tijeras. Hay muchos indicios de que tales cadenas también podrían formarse bajo gravedad cero y podrían tener prácticamente cualquier longitud.
"Una vez que se forman, las estructuras creadas a partir de micropartículas se comportan como cadenas: son flexibles, lo que significa que se pueden doblar en varias formas. Sin embargo, mucho depende del tipo de líquido utilizado. En algunos experimentos, sacamos cadenas decera de parafina. Poco después de ser tirado, los puentes se solidificarían y la estructura se volvería rígida. También hay una opción intermedia: si mezclamos, por ejemplo, resina y alcohol, la resina se endurece a medida que el alcohol se evapora. La cadena es entonces muchomenos flexible pero no completamente rígido ", observa el Dr. Rozynek.
La longitud de las cadenas coloidales depende del número y el peso de las micropartículas, que suele estar estrechamente relacionado con su tamaño. Los científicos polacos, con el apoyo de fondos del Centro Nacional de Ciencias y la Fundación para la Ciencia Polaca, realizaron experimentos con partículascon diámetros que van desde alrededor de 100 nanómetros a 200 micrómetros. Las cadenas formadas a partir de partículas del tamaño de un micrón tenían hasta varios miles de elementos y tenían hasta varias pulgadas de largo.
Aunque el descubrimiento se hizo muy recientemente, parece que las propiedades atractivas de las cadenas coloidales y granulares encontrarán rápidamente aplicaciones prácticas. Se está trabajando para aplicar el fenómeno a la producción de estructuras conductoras delgadas en sustratos que varían en rugosidad y propiedades.Dichas estructuras podrían utilizarse como elementos en circuitos flexibles, entre otras aplicaciones. Potencialmente, dichas cadenas también podrían formarse a partir de células vivas, lo que abre la puerta a posibles aplicaciones en biotecnología o incluso en medicina.
La física y la astronomía aparecieron por primera vez en la Universidad de Varsovia en 1816, bajo la entonces Facultad de Filosofía. En 1825 se estableció el Observatorio Astronómico. Actualmente, los institutos de la Facultad de Física incluyen Física Experimental, Física Teórica, Geofísica, Departamento de MatemáticasMétodos y un Observatorio Astronómico. La investigación cubre casi todas las áreas de la física moderna, en escalas desde la cuántica hasta la cosmológica. El personal docente e investigador de la Facultad incluye aproximadamente 200 profesores universitarios, de los cuales 88 son empleados con el título de profesor.de Física, Universidad de Varsovia, asisten aproximadamente 1000 estudiantes y más de 170 estudiantes de doctorado.
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Materiales proporcionado por Facultad de Física de la Universidad de Varsovia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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