Un marco integral para estudiar el comportamiento de evaporación de las canicas líquidas está ayudando a los investigadores de KAUST a comprender mejor estas diminutas estructuras biológicas.

Las canicas líquidas se descubrieron por primera vez durante un estudio del comportamiento de los pulgones, pequeños insectos que viven dentro de las agallas de las plantas. Los pulgones beben néctar, luego excreta pegajoso, sustancias azucaradas en su espacio de vida limitado. Para evitar ahogarse en sus propias excreciones, los insectos recubren el fluido pegajoso con partículas de cera, creando pequeñas canicas líquidas con una capa exterior hidrófoba a la que no pueden adherirse.

Los científicos se dieron cuenta rápidamente del valor de un sistema de este tipo para transportar pequeñas cantidades de líquido intacto sobre una superficie sin "mojarla". Otras aplicaciones para mármoles líquidos incluyen reactores bioquímicos en miniatura y monitoreo de contaminación.

"Aunque la superficie del agua de una canica líquida está cubierta por partículas hidrofóbicas (repelentes al agua), todavía pueden evaporarse más rápido que las gotas de agua desnudas. Este hecho contradictorio avivó nuestra curiosidad, "dice Adair Gallo Jr, el Ph.D. estudiante que trabajó en el estudio junto con Himanshu Mishra y sus colegas.

En la actualidad, hay una comprensión incompleta de cómo el tamaño de las partículas, la fricción entre las partículas y las interacciones líquido-partícula influyen en el comportamiento de evaporación de las canicas. El equipo estudió mármoles formados a partir de partículas con diferentes naturalezas hidrófobas, rugosidad y tamaños superficiales, variando de nano a micro.

Usando imágenes de alta velocidad, Gallo descubrió que las interacciones líquido-partícula y partícula-partícula influían críticamente en el comportamiento de evaporación, y los agrupó en tres casos. Primeramente, Los mármoles formados a partir de partículas con alta adhesión de partículas líquidas y fricción entre partículas moderada mantuvieron intacta su superficie total mientras se desinflaban. conduciendo a una evaporación más rápida y formas aplanadas. La mayoría de los ejemplos de mármol caen en esta categoría.

Para el segundo caso, Gallo experimentó con partículas de sílice a microescala recubiertas con partículas a nanoescala que exhibían una ultra-repelencia al agua.

"A medida que estas canicas líquidas se evaporaron, expulsaron partículas de su superficie y permanecieron esféricas; no esperábamos ver esto, "dice Gallo." Esto sucede debido a fuerzas muy bajas entre partículas líquidas e interpartículas. Curiosamente, este caso mostró las mismas tasas de evaporación que las gotas de agua desnudas ".

El tercer caso involucró nanopartículas pegajosas que interactuaban estrechamente entre sí, pero no con el líquido del interior. A medida que el líquido se evaporó, las partículas fueron expulsadas de la superficie del agua para formar un recubrimiento multicapa. Las canicas conservaron una forma esférica pero se evaporaron a velocidades mucho más lentas debido a las capas de partículas más gruesas.

El equipo utilizó estos datos para construir un modelo matemático que predice con precisión el comportamiento de evaporación de todas las canicas líquidas estudiadas en este trabajo y en muchos otros informes publicados.

"Nuestra investigación impulsada por la curiosidad ha llevado a un marco analítico sólido para pensar en estos objetos blandos y blandos, "dice Mishra.