Se ha descubierto que una gota que cae sobre una superficie que está considerablemente sobreenfriada se congela de una manera nunca antes observada. En lugar del conocido crecimiento de cristales, una superficie más fría da como resultado frentes de hielo circulares en movimiento. Estos frentes se mueven desde el centro hasta el borde de la gota helada. Científicos de la Universidad de Twente y el Centro Max Planck de Dinámica de Fluidos Complejos han demostrado este efecto por primera vez, y dar una explicación del mecanismo físico involucrado en los últimos procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Cuando la lluvia cae sobre una superficie que todavía está congelada, hace que la carretera esté muy resbaladiza en poco tiempo. Este es un ejemplo de gotas de líquido que caen sobre una superficie que tiene una temperatura por debajo del punto de fusión:está "sobreenfriada". La congelación de la gota y la cristalización evocan las estructuras dendríticas en forma de estrella que a menudo se observan en los copos de nieve. Si la superficie es más fría, sin embargo, la gota no solo se congela más rápido, pero el mecanismo cambia, así como. En una superficie lo suficientemente fría ocurre un fenómeno notable:desde el centro de la gota, los frentes de hielo se mueven hacia el borde mientras la gota aún se está extendiendo. Esto sucede repetidamente, hasta que la gota esté completamente congelada.

Filmando desde abajo

Los investigadores de UT observaron esto filmando la congelación de la gota desde abajo, exactamente en la superficie. La luz láser se refleja en la interfaz y se filma con una cámara de alta velocidad. Esto también se llama reflexión interna total (TIR), y se basa en el mismo método que se utiliza para tomar huellas dactilares. En los experimentos, la gota que cae es de hexadecano, que tiene un punto de fusión de 18 grados centígrados. Las olas se observaron cuando la temperatura de la superficie se redujo a 11 grados por debajo de este punto.

Flujo interno

En su explicación teórica en PNAS , los científicos de UT muestran que la gota es más fría en el punto de impacto, es decir, en el centro. Se forman cristales alrededor de esto, pero al mismo tiempo, el flujo de líquido interno los empuja hacia los límites. Este proceso sigue repitiéndose hasta que toda la gota se congela. El estudio también revela que la temperatura de la superficie cambia la forma en que la gota solidificada se adhiere a la superficie. cambiando así la facilidad con la que se puede "despegar".

La investigación no solo brinda información fundamental sobre el proceso de congelación, podría ayudar a los investigadores a desarrollar superficies antihielo como las de los aviones. Puede mejorar las técnicas de impresión 3D que utilizan la solidificación de la cera fundida. Y puede ayudar a promover la litografía ultravioleta extrema (EUV) para la fabricación de chips. Allí, Las gotas metálicas fundidas que se solidifican en los espejos podrían obstruir todo el proceso.

El papel, "Cinética de congelación rápida dentro de una gota que impacta en una superficie fría, "se publica en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).