Una nueva forma de controlar cómo se secan los líquidos en las superficies que podría aportar beneficios a una variedad de industrias, ha sido descubierto por investigadores de la Universidad de Northumbria y la Universidad Abierta.

Los hallazgos del equipo de investigación se han publicado hoy, Miércoles 11 de abril por la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Las marcas de agua permanecen cuando una gota se seca sobre una superficie sólida, por ejemplo, cuando las gotas de lluvia se secan en la superficie de un automóvil, o cuando el agua se seca en una copa de vino después del lavado.

La forma en que aparecen las marcas de agua en una superficie es incontrolable porque la forma y la ubicación de una gota a medida que se evapora es impredecible. Esto impone límites a muchas aplicaciones, como la impresión de inyección de tinta, donde una gota de tinta puede dejar una forma distorsionada en el papel, y microingeniería, donde las marcas de agua pueden estropear el rendimiento de microestructuras delicadas.

Sin embargo, los investigadores del Laboratorio de Materiales y Superficies Inteligentes de la Universidad de Northumbria, y la Escuela de Matemáticas y Estadística de la Open University, han encontrado una nueva forma de controlar la forma y la ubicación de las gotas secas por primera vez, conocido como 'evaporación instantánea'.

Cuando una gota se evapora sobre una superficie sólida, su borde "pines" y "depins" de una manera incontrolada. Este efecto se produce debido a la rugosidad microscópica de la superficie sólida desnuda. Sin embargo, los investigadores pudieron controlar la forma en que se secaban las gotas, a través de una combinación de geometría sólida ondulada y un tratamiento de superficie ultrasuave.

Sus hallazgos podrían tener un impacto en muchas aplicaciones cotidianas, por ejemplo, la industria del motor podría tratar las superficies de los automóviles de manera diferente para minimizar las marcas de agua, y la industria de los teléfonos inteligentes y las computadoras podría mejorar la eficiencia de los micro-heatpipes, que eliminan el calor de los microprocesadores.

Dr. Gary Wells, Profesor titular de la Universidad de Northumbria, dijo:"Una caja de huevos es un ejemplo de un sólido ondulado:tiene picos y valles repetidos que forman un patrón ondulado. Imprimimos en 3D un patrón ondulado y cubrimos su superficie rugosa con una fina capa de lubricante. La superficie compuesta resultante se mantiene la forma ondulada, pero se vuelve 'ultra suave'.

"Cuando dejamos que las gotas de agua se evaporaran en estas superficies onduladas, inicialmente se retrajeron del sólido de una manera suave, como cabría esperar de un sólido perfectamente liso. Sin embargo, la superficie ondulada hace que las gotas se `` rompan '' en puntos específicos, cambiando su posición y forma. Este es un nuevo modo de evaporación, que hemos denominado "evaporación instantánea".

"Notablemente, este proceso es altamente reproducible, y hemos descubierto que el diseño real del patrón ondulado puede controlar la posición y la forma de la gota ".

La razón del comportamiento instantáneo radica en la teoría de la bifurcación, una rama de las matemáticas que estudia cómo un sistema, en este caso la gota, responde a un cambio en un parámetro de control, en este caso una reducción de masa debido a la evaporación.

Dr. Marc Pradas, Profesor de The Open University, explicó:"La idea principal detrás de nuestra teoría es que la configuración que adopta una gota en un patrón sólido ondulado no es única. Hay diferentes formas y posiciones que la misma cantidad de líquido puede ocupar en un patrón ondulado dado.

"Durante la evaporación, la masa de una gota cambia, y resulta que lo que era una forma y posición de gota estable se vuelve inestable. En este punto, que se conoce como bifurcación, la gota debe cambiar de forma y posición. La superficie ondulada actúa como volante, guiar la gota a la siguiente configuración estable después de que se haya producido un chasquido ".

Dr. Rodrigo Ledesma-Aguilar, Profesor asociado de la Universidad de Northumbria, agregó:"Las implicaciones de nuestro estudio pueden tener un impacto en muchas aplicaciones cotidianas, y actualmente estamos trabajando con socios industriales que pueden beneficiarse de nuestra investigación.

"Por ejemplo, Estamos trabajando con Jaguar Land Rover para desarrollar nuevas estrategias que minimicen las marcas de agua en las superficies de los automóviles. Otro ejemplo es nuestra colaboración con Sustainable Energy Systems, que pueden beneficiarse de nuestros resultados mejorando la eficiencia de los sistemas de eliminación de calor utilizados en microprocesadores como CPU y GPU ".

Los hallazgos completos de la investigación se pueden encontrar en el artículo Snap evaporación de gotitas en topografías lisas que se publica en Comunicaciones de la naturaleza .