A veces, las gotas de líquido no caen. En cambio, suben. Usando simulaciones por computadora, los investigadores ahora han demostrado cómo inducir a las gotas a subir escaleras por sí mismos.
Este comportamiento de subir escaleras podría ser útil en todo, desde el tratamiento del agua y los nuevos dispositivos microfluídicos de laboratorio en un chip, hasta el procesamiento bioquímico y las herramientas de diagnóstico médico. Los investigadores, del Instituto Indio de Tecnología de Roorkee, India, yUniversidad de York en Toronto, describa sus hallazgos esta semana en la revista Física de fluidos , de AIP Publishing.
Para que las gotas suban, esta nueva investigación revela que necesita una escalera cuya superficie se adhiera a cada gota más fácilmente con cada paso. Una superficie sobre la cual se adhiere una gota fácilmente tiene lo que se llama una alta humectabilidad, lo que hace que la gota se extienday aplanar. Sin embargo, en una superficie de baja humectabilidad, la gota se mantendría más esférica, como gotas de lluvia que caen sobre una chaqueta impermeable.
Los investigadores han usado previamente un gradiente de humectación creciente para convencer a las gotas para que se muevan a través de una superficie plana e incluso para subir una pendiente. Una gota de agua, por ejemplo, se siente más atraída por una superficie hidrofílica con su mayor humectabilidad, por lo queLa inclinación con una superficie hidrofílica creciente a medida que se eleva puede "jalar" una gota cuesta arriba.
Sin embargo, las superficies reales nunca son perfectamente lisas; a escalas lo suficientemente pequeñas, una superficie finalmente aparece rugosa. Una pendiente en estas escalas es en realidad una escalera microscópica. "La mayoría de las superficies tienen textura, y la movilidad de una gota sobre tales superficies requiere escalarescaleras ", dijo Arup Kumar Das de IIT Roorkee.
Para explorar cómo una gota puede subir escalones, y por lo tanto, si esta técnica puede funcionar en aplicaciones de superficie más reales, los investigadores simularon la física de gotas del tamaño de microlitros en escaleras con un gradiente de humectabilidad.
Estas gotitas son más anchas que la longitud de cada paso, por lo que su lado delantero está en un escalón más alto con una superficie más humectable que el lado posterior. La parte delantera de la gota se extiende más, formando un ángulo más pequeño y plano conla superficie.
La diferencia en los ángulos entre el frente y la parte posterior de las gotitas trepadoras hace que el líquido dentro de la gotita circule. Cuando el borde delantero de la gotita alcanza el siguiente paso, la circulación impulsa la gotita hacia adelante, pasando al siguiente escalón más alto, y el proceso se repite.
Si la gotita tiene suficiente fuerza para vencer la gravedad depende del tamaño de la gotita, la inclinación de los escalones y las diferencias en la humectabilidad. En general, una gotita más grande es mejor al subir escaleras, y para escalones más empinados, es necesarioser un gradiente de humectabilidad más alto.
Los investigadores ahora están trabajando en experimentos para confirmar los resultados de la simulación.
Muchos otros métodos para controlar las gotas dependen de fuerzas externas como las variaciones de temperatura y los campos eléctricos y magnéticos. Pero, explicó Das, esos métodos a menudo son desafiantes y complejos. El nuevo estudio muestra que los enfoques pasivos como la humectabilidad podrían ser más eficientes."Pasivo significa que [podemos] manipular una gota para incluso subir escaleras de manera sostenible sin usar una fuerza externa", dijo.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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