Cuando Erik Luijten de Northwestern Engineering conoció a 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 magia. Cuando introdujo un electrodo en forma de aguja en una mezcla de micrones, partículas metálicas esféricas dispersas en aceite de silicona, una esfera pegada a su extremo. Cuando Rozynek sacó el electrodo de la dispersión, otra esfera unida a la primera esfera, y luego otro a la segunda esfera, etcétera, hasta que se formó una cadena larga.

"Las esferas se comportaron como perlas magnéticas, excepto que no hubo magnetismo involucrado, "dijo Luijten, profesor de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería y matemáticas aplicadas en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Las partículas no tienen tendencia a agruparse. Me di cuenta de que estaba sucediendo algo más complicado".

Rozynek, junto a sus colaboradores Filip Dutka, Piotr Garstecki, y Arkadiusz Józefczak, y Luijten se unieron a sus equipos para comprender el fenómeno que provocó 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 Polaca, Centro Nacional de Ciencias de Polonia, y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. la investigación se publicó hoy en línea en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Rozynek y Luijten son coautores correspondientes. Rozynek también es co-primer autor con Ming Han, estudiante de doctorado en Computational Soft Matter Lab 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. Una cadena resultante podría contener cientos de miles de esferas, alcanzando hasta 30 centímetros de largo.

Después de que el equipo resolvió el misterio de cómo se formaron las cadenas, tenía 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 la estructura de la cadena, "Han dijo." Después de que el campo se apagó, la cadena de partículas estables permaneció estable ".

Tras meses de investigación, Los equipos de Luijten y Rozynek descubrieron que las cadenas mantenían sus estructuras debido a los "puentes" líquidos entre partículas adyacentes. Mientras los investigadores sacaban la cadena del líquido, aceite de silicona adherido a los lados de cada partícula, formando una caja alrededor de toda la cadena y manteniéndola intacta.

"La tensión superficial juega un papel importante aquí, "Han dijo." El puente líquido hizo que las partículas se pegaran. La física aquí es realmente interesante. La mayoría de la gente pensaría que si quisiera mantener la estructura, entonces necesitaría aplicar el campo eléctrico. Pero eso no es necesario en nuestro sistema ".

Una vez que la cadena flexible se extrae del líquido, se puede arrastrar inmediatamente a lo largo de una superficie y depositar para crear un patrón. Los investigadores creen que este método podría usarse como una forma alternativa de crear circuitos electrónicos bidimensionales. Si se usa cera fundida en lugar de aceite de silicona, luego, el método también podría usarse para construir estructuras tridimensionales que mantengan sus formas cuando la cera se enfría y se endurece.

"Aunque simple, nuestro método para fabricar estructuras coloidales es muy elegante y se puede utilizar para muchas aplicaciones, "Rozynek dijo, "incluida la fabricación de trayectorias conductoras en diferentes sustratos que se utilizarán, 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 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 de 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 porque lo entendemos. De lo contrario, tendrías que examinar un sinfín de combinaciones ".