La formación de una simple mancha de café ha sido objeto de un estudio complejo durante décadas. aunque resulta que aún quedan piedras por remover. Investigadores de la Universidad de Nevada, Reno ha modelado cómo se evapora una gota coloidal y ha encontrado un mecanismo previamente pasado por alto que determina con mayor precisión la dinámica de la deposición de partículas en la evaporación de gotas sésiles. que tiene ramificaciones en muchos campos del mundo tecnológico actual.

"Comprender y manipular la dinámica de la deposición de partículas durante la evaporación de gotas coloidales se puede utilizar en la secuenciación del ADN, cuadro, impresión por chorro de tinta y fabricación de micro / nanoestructuras ordenadas, "Hassan Masoud, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica, dijo. "Y ahora lo entendemos mejor que nunca. Nuestro descubrimiento se basa en un gran volumen de trabajo; sin embargo, dimos un paso más, Modelando la interacción de partículas suspendidas con la superficie libre de la gota. Creemos que nuestros hallazgos cambiarán fundamentalmente la percepción común sobre el mecanismo responsable del llamado fenómeno del 'anillo de café' ".

Cuando una gota se seca en una superficie, las partículas suspendidas en él generalmente se depositan en un patrón similar a un anillo, dejando una mancha o residuo, llamado efecto de anillo de café. Hasta ahora, Se pensó que la mancha se formaba como resultado del flujo de líquido dentro de la gota. Masoud y su equipo encontraron que la superficie libre de la gota, la capa superior donde está en contacto con el aire, juega un papel fundamental en la deposición de las partículas.

"Cuando la gota se evapora, la superficie libre colapsa y atrapa las partículas en suspensión, ", Dijo Masoud." Nuestra teoría muestra que eventualmente todas las partículas son capturadas por la superficie libre y permanecen allí durante el resto de su viaje hacia el borde de la gota ".

Masoud y su equipo utilizaron un sistema de modelado menos familiar, conocido como el sistema de coordenadas toroidales, eso les permitió reducir las ecuaciones de gobierno tridimensionales a una forma unidimensional. A pesar de una cantidad decente de espacio y velocidad en el servidor, el equipo optó por escribir sus numerosas ecuaciones a mano, en docenas de trozos de papel de noticias muy grandes.

"Nuestro enfoque innovador, y el uso de ecuaciones largas y desagradables, distingue nuestro trabajo de investigaciones anteriores, ", dijo." Nadie más ha utilizado este sistema de coordenadas para este problema, y esto nos permite seguir el movimiento de las partículas en la gota de forma natural ".

El descubrimiento permite a los científicos manipular el movimiento de las partículas de soluto alterando la tensión superficial de la interfaz líquido-gas en lugar de controlar el flujo masivo dentro de la gota.

"Podemos utilizar tensioactivos para ajustar la tensión superficial, ", Dijo Masoud." En un ejemplo simple, si está limpiando paneles solares, que pueden perder hasta el 90 por ciento de su eficiencia cuando están sucios, el método de limpieza preferido es el agua, pero eso deja una mancha difícil de limpiar. Cambiar la dinámica de flujo durante la evaporación con un agente de limpieza especializado puede dejar los paneles más limpios y más eficientes ".

Su artículo revisado por pares, "Mecanismo alternativo para la deposición de anillos de café basado en el papel activo de la superficie libre, "se publicó el 12 de diciembre en la publicación de la American Physical Society Revisión física E .