A medida que sigue aumentando el interés y la demanda de nanotecnología, también lo hará la necesidad de impresión y pulverización a nanoescala, que se basa en depositar pequeñas gotas de líquido sobre una superficie. Ahora, los investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing han desarrollado una nueva teoría que describe cómo una 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 , 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 pequeños dispositivos y estructuras hasta máquinas de impresión 3D y robots.

Cuando se trata de pulverizar revestimientos, por ejemplo, cuanto más pequeñas y rápidas son las gotas cuando golpean la superficie, cuanto mejor sea la calidad del revestimiento, dijo Min Chen, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua. Sin embargo, a ciertas velocidades de impacto, las gotas se romperán y salpicarán, arruinando el revestimiento.

Entonces, para mejorar las técnicas de impresión y pulverización, necesitamos comprender mejor las condiciones que hacen que las gotas se deformen cuando golpean una superficie, así como también cómo se rompen. Pero debido a que es muy difícil experimentar con gotitas de tamaño nanométrico, los investigadores a menudo se basan en simulaciones por computadora.

Bu-Xuan Li y Xin-Hao Li, junto con Chen, utilizó una técnica llamada simulación de dinámica molecular, en el que simularon cada molécula que forma una gota de agua. Cada gota que consta de aproximadamente 12, 000 moléculas, tiene aproximadamente 8,6 nanómetros 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 rotura, ", Dijo Chen. El modelo de deformación mejora el trabajo anterior 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 utilizar para calcular cuándo se romperá una gota. Según Chen, el modelo está listo para su uso en aplicaciones.

Una limitación es que solo se verifica que el modelo funcione para gotitas 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 también 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 conocida como Oobleck. Por ejemplo, se necesitaría un modelo no newtoniano para polímeros y biomateriales de impresión 3D, como tejidos y órganos humanos.

El modelo también es aplicable para describir cómo las gotas de agua chocan con los aviones y forman hielo, que es un peligro para la seguridad. Estas gotitas de agua suspendido en las nubes, normalmente oscilan entre 20 y 50 micrómetros, más grandes que los de las simulaciones. Todavía, Chen dijo:su modelo es útil porque no se sabe mucho sobre cómo esas gotas de agua inciden en los aviones.