Esto se demostró al estudiar el comportamiento de las gotas en superficies con diferentes recubrimientos a medida que evolucionaban hacia el estado de equilibrio. Los resultados podrían resultar útiles para optimizar procesos industriales, como la extrusión de plásticos. El estudio ha sido publicado en la revista académica PNAS Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Cuando los líquidos fluyen sobre superficies sólidas, su velocidad de flujo en la vecindad inmediata de la superficie es cero. 'Al recubrir especialmente la superficie, la velocidad de la capa límite puede aumentarse. Esto también tiene el efecto de reducir las fuerzas de corte dentro del líquidoy de aumentar su velocidad de flujo media. En el caso extremo, el líquido se comporta casi como un sólido, pero sin mostrar ningún cambio en su viscosidad ", explica Karin Jacobs, profesora de física experimental en la Universidad de Saarland. Su grupo de investigación ha estado realizando experimentosen gotitas de poliestireno con el objetivo de descubrir los detalles de cómo las diferentes superficies afectan las velocidades de la capa límite y el comportamiento de deslizamiento de las películas líquidas. "El poliestireno es un polímero importante que se utiliza, por ejemplo, para fabricar cajas de CD", dice el Dr. Joshua.D. McGraw. El ex postdoc en el grupo de investigación de Jacobs dirigió el estudio, que fue un esfuerzo de colaboración con miembros del equipo de investigación dirigido por Ralf Seemann, profesor of Física experimental en la Universidad de Saarland e investigadores en ESPCI Paris Tech.
McGraw colocó gotas individuales de poliestireno PS en sustratos de mica delgados, donde las gotas asumieron una forma aplanada y tamaños más de mil veces más pequeños que una gota de lluvia típica. Luego se congelaron en este estado y luego se transfirieron a dos nuevos 'menos "sustratos amigables con PS" que diferían entre sí no en su composición química, sino solo en la disposición espacial de sus átomos. En ambos sustratos, las gotitas adoptaron una forma casi hemisférica. "Las gotitas siempre muestran una tendencia a adoptar una forma de equilibrio enque exhiben un ángulo de contacto definido con la superficie. Este estado de equilibrio está determinado por las condiciones de la capa límite ", explica Karin Jacobs. Aunque las gotas de poliestireno mostraron el mismo ángulo de contacto de equilibrio en ambos sustratos, las mediciones del perfil de gotas se realizaron utilizando un microscopio de fuerza atómica.indicó diferencias significativas en la forma en que las gotas se contrajeron, transformándose de su forma original conh el ángulo de contacto más pequeño a la nueva forma hemisférica."Esto solo puede significar que las moléculas en las gotas se mueven de dos maneras diferentes en las dos superficies diferentes, lo que a su vez significa que los perfiles de velocidad en las dos gotas deben ser diferentes", dicen el Dr. Martin Brinkmann y el Dr. Tak Shing Chandel grupo de Ralf Seemann.'Sin embargo, la resolución requerida no está disponible experimentalmente.Por eso necesitábamos el apoyo de los teóricos en París ''.
Los investigadores de Saarbrücken concluyeron que la velocidad del líquido en la superficie sólida es un factor clave que influye en el comportamiento del flujo de gotas tan pequeñas. Los colegas de investigación de ESPCI Paris han logrado incorporar esto en un modelo teórico de la dinámica de fluidos.Martin Brinkmann y Tak Shing Chan pudieron usar esta descripción teórica para realizar simulaciones por computadora que producen el campo de velocidad molecular dentro de una gota de líquido. 'Esto nos permitió demostrar que incluso las modificaciones a escala atómica de una superficie sólida pueden alterar las velocidades conqué moléculas se mueven en sistemas líquidos que son muchos órdenes de magnitud más gruesos que el recubrimiento de la superficie en sí ", dice el profesor Jacobs, que resume los resultados de los experimentos.
Los resultados de la investigación pueden ayudar a optimizar los procesos industriales, como la extrusión de materiales poliméricos '', dice Karin Jacobs. La extrusión implica presionar un plástico a través de un molde de formación similar a la forma en que la masa de pasta se empuja a través de una prensa de pasta cuando se hace frescaespaguetis o macarrones. "Una vez que la masa ha pasado a través del molde de formación, el filamento se expande a medida que el material ahora fluye más lentamente", explica Jacobs. "Esta expansión del material a medida que sale del molde conocido como" hinchazón del molde "generalmente no es deseable en aplicaciones industriales, pero puede ser posible suprimir el hinchamiento de la matriz recubriendo adecuadamente las superficies internas de la matriz ''.
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Materiales proporcionado por Universidad de Saarland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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