(Phys.org) —Los científicos han demostrado que los microengranajes en forma de molinete que flotan sobre una superficie líquida pueden girar a velocidades de hasta 300 r.p.m. cuando se ilumina con un LED ordinario. Este movimiento impulsado por la luz, que surge porque la luz crea una pequeña diferencia de temperatura y, después, una diferencia de tensión superficial en el fluido circundante, es aproximadamente cinco órdenes de magnitud más eficiente que otros mecanismos que convierten la luz en trabajo. Como el efecto no depende del tamaño, los científicos esperan que el sistema se pueda escalar tanto a la macroescala como a la nanoescala.

Los investigadores, Claudio Maggi y coautores de la Universidad de Roma, el Instituto Italiano de Tecnología en Génova, y el Instituto de Nanotecnología NANOTEC-CNR en Roma, han publicado un artículo sobre la nueva demostración de conversión de trabajo ligero en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

En su estudio, los científicos fabricaron los microengranajes utilizando litografía láser, los recubrió con una capa de carbono amorfo para aumentar la absorción de luz, y los sumergió en un líquido. Luego depositaron una pequeña gota del líquido que contiene el engranaje en un portaobjetos de vidrio de microscopio y lo iluminaron con un LED. Si bien los motores anteriores impulsados ​​por luz generalmente requieren rayos láser de alta potencia para inducir el movimiento, aquí, el LED de campo amplio podría inducir movimiento con solo unos pocos microvatios de potencia por engranaje, correspondiente a un 100, Eficiencia de conversión de luz a trabajo 000 veces mayor.

La razón del aumento en la eficiencia es que el nuevo sistema opera bajo un mecanismo de conversión de luz a trabajo completamente diferente. Previamente, sistemas similares se han basado en la radiación ejercida por rayos láser altamente enfocados, o en termoforesis, que es la lenta migración de partículas sólidas inducida por gradientes térmicos en el fluido circundante. Para lograr la termoforesis, la mitad de la partícula está cubierta con una capa absorbente de calor, de modo que cuando se expone a una iluminación intensa, la partícula será impulsada a lo largo de un gradiente de temperatura.

En el nuevo sistema, los motores están completamente cubiertos con un revestimiento absorbente de calor, de modo que en su mayoría se calientan uniformemente. Sin embargo, los vértices internos de la forma de molinete de cada motor se vuelven más calientes que los externos, lo que genera un gradiente de temperatura asimétrico en el fluido circundante. Dado que la tensión superficial generalmente disminuye con la temperatura, este gradiente de temperatura, incluso cuando es tan pequeño como unos pocos milikelvin, provoca un gradiente de tensión superficial, lo que significa que las fuerzas capilares en el fluido tiran de los microengranajes de manera desigual. El tirón desigual da como resultado un par neto, haciendo que los microengranajes giren rápidamente.

Como explican los investigadores, este efecto es muy similar al efecto Marangoni, que también implica un gradiente de tensión superficial. En el efecto Marangoni, Los líquidos y objetos pequeños colocados en la superficie de un fluido con un gradiente de tensión superficial se moverán desde la región con la tensión superficial baja hacia la región con la tensión superficial más alta. Aunque estudios anteriores han utilizado láseres altamente enfocados para demostrar la propulsión de Marangoni, Este estudio marca la primera vez que se logra con una iluminación de campo amplio incoherente, como un LED ordinario.

En el futuro, este movimiento eficiente impulsado por la luz podría usarse en una variedad de aplicaciones en diferentes escalas, desde vehículos solares en miniatura hasta nanomáquinas.

"Los vehículos solares permiten el transporte por tierra, agua y en el aire utilizando la luz solar como fuente primaria de energía, "Maggi dijo Phys.org . “La conversión de la luz en movimiento generalmente requiere algunas etapas de transformación entre diferentes formas de energía. Por lo general, son vehículos eléctricos alimentados por células fotovoltaicas que convierten en una primera etapa la luz solar en energía eléctrica. Esta estrategia indirecta, sin embargo, implica un alto grado de complejidad que impone grandes limitaciones a la miniaturización de motores solares a escala micrométrica ".

"Por otra parte, la generación de propulsión a pequeña escala es de crucial importancia para el funcionamiento de micro y nanomáquinas dentro del llamado laboratorio en un chip, "dijo Roberto Di Leonardo en el Consejo Nacional de Investigación de Italia, y el coordinador del equipo. "La investigación futura en esta dirección podría conducir al desarrollo de micromáquinas que sean capaces de transportar cargas diminutas, como células individuales, dentro de dispositivos miniaturizados que funcionan con la simple exposición a la luz solar ".

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