Cuando Erik Luijten de Northwestern Engineering se encontró con Zbigniew Rozynek, inmediatamente se unieron por un misterio.
Presentando en una conferencia en Noruega, Rozynek, investigador de la Universidad Adam Mickiewicz en Pozna ?, Polonia, demostró algo que parecía casi mágico. Cuando tocó un electrodo en forma de aguja en una mezcla de partículas metálicas esféricas de tamaño micrónicodispersado en aceite de silicona, una esfera se pegó a su extremo. Cuando Rozynek sacó el electrodo de la dispersión, otra esfera unida a la primera esfera, y luego otra a la segunda esfera, y así sucesivamente, hasta que se formó una larga cadena.
"Las esferas se comportaron como cuentas magnéticas, excepto que no estaba involucrado el magnetismo", dijo Luijten, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería y de ingeniería y matemáticas aplicadas en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Las partículas no tienen tendencia a agruparse. Me di cuentaque algo más complicado estaba sucediendo "
Rozynek, junto con sus colaboradores Filip Dutka, Piotr Garstecki y Arkadiusz Józefczak, y Luijten se unieron a sus equipos para comprender el fenómeno que causó la formación de estas cadenas. Su descubrimiento resultante podría conducir a una nueva generación de dispositivos electrónicos y un rápido,Método simple para escribir circuitos electrónicos bidimensionales.
"Nuestros resultados científicos podrían abrir otras áreas para futuras investigaciones, tanto fundamentales como aplicadas", dijo Rozynek. "Ya estamos trabajando en proyectos de seguimiento basados en nuestro descubrimiento".
Apoyado por la Fundación para la Ciencia de Polonia, el Centro Nacional de Ciencia de Polonia y la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU., La investigación se publicó en línea hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Rozynek y Luijten son coautores correspondientes. Rozynek también es coautor junto con Ming Han, un estudiante de doctorado en el Laboratorio de Materia Suave Computacional de Luijten.
Rozynek y Han realizaron múltiples cálculos, mostrando cómo el campo eléctrico del electrodo cambió las propiedades de las partículas. Cuando el electrodo se sumerge en la solución coloidal, su punta cargada polariza cada esfera. Estas interacciones dipolares inducidas hacen que las esferas se unan.la cadena resultante podría contener cientos de miles de esferas, llegando a alcanzar hasta 30 centímetros de longitud.
Después de que el equipo resolvió el misterio de cómo se formaron las cadenas, tuvo un segundo misterio que abordar. "Otra parte fascinante es que una vez que sacamos la cadena del líquido, ya no tuvimos que aplicar un campo eléctrico para sostener elestructura de la cadena ", dijo Han." Después de que el campo se apagó, la cadena de partículas estable permaneció estable ".
Después de meses de investigación, los equipos de Luijten y Rozynek descubrieron que las cadenas mantenían sus estructuras debido a "puentes" líquidos entre partículas adyacentes. Mientras los investigadores sacaban la cadena del líquido, el aceite de silicona se adhirió a los lados de cada partícula, formando uncaja alrededor de toda la cadena y mantenerla intacta.
"La tensión superficial juega un papel importante aquí", dijo Han. "El puente líquido hizo que las partículas se unieran. La física aquí es realmente interesante. La mayoría de la gente pensaría que si quisieras sostener la estructura, entonces necesitaríasaplicar el campo eléctrico. Pero eso no es necesario en nuestro sistema "
Una vez que la cadena flexible se extrae del líquido, puede arrastrarse inmediatamente a lo largo de una superficie y depositarse para crear un patrón. Los investigadores creen que este método podría usarse como una forma alternativa de crear circuitos electrónicos bidimensionales simples.Si se usa cera fundida en lugar de aceite de silicona, entonces el método también podría usarse para construir estructuras tridimensionales que mantengan sus formas cuando la cera se enfríe y endurezca.
"Aunque simple, nuestro método para fabricar estructuras coloidales es muy elegante y puede usarse para muchas aplicaciones", dijo Rozynek, "incluyendo la fabricación de caminos conductores en diferentes sustratos para ser usados, por ejemplo, en aplicaciones electrónicas".
Luijten y Rozynek creen que resolver este misterio podría abrir la puerta a aplicaciones que no pueden predecir hoy. Al comprender cómo funciona el método, pueden evaluar mejor cómo los diferentes tipos de fluidos o niveles de voltaje podrían afectar las cadenas y cambiar el resultado.
"Comprender cómo funciona hace que sea mucho más fácil manipular y optimizar", dijo Luijten. "Podemos decir si el método funcionará mejor o peor si las partículas son más grandes o si el campo eléctrico es más fuerte. Eso solo es posible porquelo entendemos. De lo contrario, tendrías que examinar un conjunto interminable de combinaciones ".
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Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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