Imagínese si pudiera beber un vaso de agua simplemente insertando un alambre sólido en él y chupándolo como si fuera una pajita de soda. Resulta que si fueras lo suficientemente pequeño, ese método funcionaría bien y ni siquiera requeriría que se iniciara la succión.

Una nueva investigación llevada a cabo en el MIT y en otros lugares ha demostrado por primera vez que cuando se inserta en una piscina de líquido, Los nanocables, cables que tienen solo cientos de nanómetros (mil millonésimas de metro) de ancho, atraen naturalmente el líquido hacia arriba en una película delgada que recubre la superficie del cable. El hallazgo podría tener aplicaciones en dispositivos de microfluidos, impresoras de inyección de tinta y de investigación biomédica.

El fenómeno había sido predicho por teóricos, pero nunca observado porque el proceso es demasiado pequeño para ser visto por microscopios ópticos; Los microscopios electrónicos deben funcionar en el vacío. lo que haría que la mayoría de los líquidos se evaporaran casi instantáneamente. Para superar esto, el equipo del MIT utilizó un líquido iónico llamado DMPI-TFSI, que permanece estable incluso en un vacío potente. Aunque las observaciones utilizaron este líquido específico, Se cree que los resultados se aplican a la mayoría de los líquidos. incluyendo agua.

Los resultados se publican en la revista Nanotecnología de la naturaleza por un equipo de investigadores dirigido por Ju Li, un profesor del MIT de ciencia e ingeniería nuclear y ciencia e ingeniería de materiales, junto con investigadores de Sandia National Laboratories en Nuevo México, la Universidad de Pensilvania, la Universidad de Pittsburgh, y la Universidad de Zhejiang en China.

Si bien Li dice que esta investigación tenía la intención de explorar la ciencia básica de las interacciones líquido-sólido, podría dar lugar a aplicaciones en la impresión de inyección de tinta, o para hacer un laboratorio en un chip. "Realmente estamos analizando el flujo de fluidos a una escala de longitud pequeña sin precedentes, ", Dice Li, por lo que podrían surgir nuevos fenómenos inesperados a medida que avanza la investigación.

A escala molecular, Li dice:"el líquido intenta cubrir la superficie sólida, y es absorbido por la acción capilar ". En las escalas más pequeñas, cuando el líquido forma una película de menos de 10 nanómetros de espesor, se mueve como una capa suave (llamada "película precursora"); a medida que la película se vuelve más gruesa, se establece una inestabilidad (llamada inestabilidad de Rayleigh), haciendo que se formen gotas, pero las gotitas permanecen conectadas a través de la película precursora. En algunos casos, estas gotas continúan subiendo por el nanoalambre, mientras que en otros casos las gotitas parecen estacionarias incluso cuando el líquido dentro de ellas fluye hacia arriba.

La diferencia entre la película precursora lisa y las perlas, Li dice:es que en la película más delgada, cada molécula de líquido está lo suficientemente cerca para interactuar directamente, a través de efectos de mecánica cuántica, con las moléculas del sólido enterradas debajo de él; esta fuerza suprime la inestabilidad de Rayleigh que de otro modo causaría la formación de perlas. Pero con o sin cuentas, el flujo ascendente del líquido, desafiando el tirón de la gravedad, es un proceso continuo que podría aprovecharse para el transporte de líquidos a pequeña escala.

Aunque este tirón hacia arriba siempre está presente con cables a esta pequeña escala, el efecto se puede mejorar aún más de varias maneras:agregar un voltaje eléctrico en el cable aumenta la fuerza, al igual que un ligero cambio en el perfil del cable de modo que se estrecha hacia un extremo. Los investigadores utilizaron nanocables hechos de diferentes materiales:silicio, óxido de zinc y óxido de estaño, así como grafeno bidimensional, para demostrar que este proceso se aplica a muchos materiales diferentes.

Los nanocables tienen menos de una décima parte del diámetro de los dispositivos fluídicos que se utilizan actualmente en la investigación biológica y médica. como micropipetas, y una milésima parte del diámetro de las agujas hipodérmicas. A estas pequeñas escalas, los investigadores encontraron, un nanoalambre sólido es tan eficaz para sujetar y transferir líquidos como un tubo hueco. Esta escala más pequeña podría allanar el camino para que nuevos tipos de sistemas microelectromecánicos lleven a cabo investigaciones sobre materiales a nivel molecular.

La metodología que desarrollaron los investigadores les permite estudiar las interacciones entre los sólidos y el flujo de líquido "casi a la escala más pequeña en la que se podría definir un volumen de fluido". que tiene de 5 a 10 nanómetros de ancho, ", Dice Li. El equipo ahora planea examinar el comportamiento de diferentes líquidos, utilizando un "sándwich" de membranas sólidas transparentes para encerrar un líquido, como el agua, para su examen en un microscopio electrónico de transmisión. Esto permitirá "estudios más sistemáticos de las interacciones sólido-líquido, "Li dice:interacciones que son relevantes para la corrosión, electrodeposición y funcionamiento de baterías.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.