A medida que el interés y la demanda de nanotecnología continúan aumentando, también lo hará la necesidad de impresión y pulverización a nanoescala, que se basa en depositar pequeñas gotas de líquido en una superficie. Ahora los investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing han desarrollado una nueva teoría que describe cómouna gota de tamaño nanométrico se deforma y se rompe cuando golpea una superficie.
El modelo, discutido en su publicación que aparece esta semana en Física de fluidos , de AIP Publishing, podría ayudar a los investigadores a mejorar la calidad de la impresión y el recubrimiento a nanoescala, importante para todo, desde la impresión y el recubrimiento de dispositivos y estructuras pequeñas hasta máquinas de impresión en 3D y robots.
Cuando se trata de pulverizar recubrimientos, por ejemplo, cuanto más pequeñas y rápidas son las gotas cuando tocan la superficie, mejor es la calidad del recubrimiento, dijo Min Chen, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua. Sin embargo,a ciertas velocidades de impacto, las gotas se rompen y salpican, arruinando el recubrimiento.
Por lo tanto, para mejorar las técnicas de impresión y pulverización, necesitamos comprender mejor las condiciones que causan que las gotas se deformen cuando golpean una superficie, así como también cómo se rompen. Pero debido a que experimentar con gotas de tamaño nanométrico es muy difícil, los investigadores a menudo confían en la computadorasimulaciones
Bu-Xuan Li y Xin-Hao Li, junto con Chen, usaron una técnica llamada simulación de dinámica molecular, en la cual simularon cada molécula que forma una gotita de agua. Cada gotita, que consta de aproximadamente 12,000 moléculas, es aproximadamente 8.6nanómetros de diámetro y golpea la superficie a velocidades de unos pocos cientos de metros por segundo. La computadora simula lo que sucede cuando la colección de moléculas de agua golpea una superficie plana.
"Desarrollamos un modelo analítico para describir el proceso de deformación y otro para describir el proceso de ruptura", dijo Chen. El modelo de deformación mejora el trabajo previo del equipo, "pero el modelo de ruptura es totalmente nuevo".
El modelo de ruptura combina la teoría con los resultados de las simulaciones, proporcionando una fórmula que los investigadores pueden usar para calcular cuándo se romperá una gota. Según Chen, el modelo está listo para usarse en aplicaciones.
Una limitación es que el modelo solo se verifica que funciona para gotas a nanoescala, y no para gotas más grandes. "La razón es que la forma en que se rompe una gota es diferente en macro y nanoescala", dijo Bu-Xuan Li.
El modelo solo se aplica a los llamados fluidos newtonianos como el agua. Los investigadores ahora están trabajando en el desarrollo de un modelo para fluidos no newtonianos, como el petróleo crudo o la mezcla pegajosa de almidón de maíz y agua, a veces conocido como Oobleck. Por ejemplo, se necesitaría un modelo no newtoniano para la impresión en 3D de polímeros y biomateriales, como tejidos y órganos humanos.
El modelo también es aplicable para describir cómo las gotas de agua chocan con las aeronaves y forman hielo, lo cual es un peligro para la seguridad. Estas gotas de agua, suspendidas en las nubes, generalmente varían de 20 a 50 micrómetros, más grandes que las de las simulaciones.Chen dijo que su modelo es útil porque no se sabe mucho acerca de cómo esas gotas de agua inciden en los aviones.
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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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