En un nuevo estudio, Los investigadores han propulsado nanogotas de agua a través de una superficie de grafeno a velocidades de hasta 250 km (155 millas) por hora, lo que, para comparacion, es aproximadamente el doble de rápido que un guepardo corriendo. Las velocidades ultrarrápidas de las gotas de agua no requieren ninguna bomba, sino que ocurren simplemente debido a los patrones geométricos en la superficie del grafeno, que crean diferentes ángulos de contacto en la parte delantera y trasera de las gotas en movimiento para impulsarlas hacia adelante.

Los investigadores, Ermioni Papadopoulou y Petros Koumoutsakos en ETH Zürich, Constantine M. Megaridis de la Universidad de Illinois en Chicago, y Jens H. Walther en ETH Zürich y la Universidad Técnica de Dinamarca, han publicado un artículo sobre las gotas de agua que se mueven rápidamente en un número reciente de ACS Nano .

"Podemos conseguir un transporte dirigido de muy alta velocidad de gotas de agua a nanoescala, sin gastar energía, sino simplemente a través del patrón de grafeno, "Koumoutsakos dijo Phys.org . "Esto puede tener aplicaciones importantes en la nanofabricación y la administración precisa de fármacos. También proporciona por primera vez una explicación cuantitativa simple para el transporte ultrarrápido de agua a nanoescala".

Este modo de transporte a nano / microescala es muy diferente a todo lo observado en la macroescala. La superficie de grafeno se diseñó estructuralmente para crear gradientes de humectabilidad, que van desde hidrófobos a hidrófilos. Las nanogotas de agua, cada uno consta de aproximadamente 1500 moléculas de agua, luego se colocaron en la superficie. Los diferentes patrones de superficie crearon grandes ángulos de contacto en los dominios hidrófobos y ángulos de contacto más pequeños en los dominios hidrófilos. Las diferencias en los ángulos de contacto en los extremos de avance y retroceso de las gotas de agua pusieron las gotas en movimiento y las aceleraron hacia adelante.

Se encuentran mecanismos similares en la naturaleza, como en la superficie del escarabajo del desierto de Namib y la red de venas de las hojas de plátano. Estas superficies tienen patrones que dan como resultado una mejor recolección y transporte de agua.

En experimentos con el grafeno, los investigadores observaron velocidades de las gotas de agua del orden de 100 metros por segundo, que es dos órdenes de magnitud más rápido que las velocidades más altas reportadas para las gotas de agua impulsadas por ciertos otros métodos, como gradientes de energía superficial. Como se esperaba, las gotas más pequeñas se mueven más rápido que las más grandes debido al aumento de la inercia de las gotas más grandes y a la mayor fricción con la superficie.

Después de analizar los mecanismos subyacentes para el transporte por agua, los investigadores derivaron una ley de escala y desarrollaron un modelo que se puede utilizar para predecir las trayectorias de las gotas. Esta información se puede utilizar para diseñar dispositivos futuros para aplicaciones potenciales, como la administración de fármacos de alta eficiencia, generación eléctrica, y disipación de calor ultrarrápida para sistemas de nano y microescala. Los investigadores planean investigar más a fondo los mecanismos de transporte de agua de alta velocidad en lugares distintos al grafeno.

"Estamos examinando el transporte ultrarrápido de agua en otras nanoestructuras, como los nanotubos de carbono, "Dijo Koumoutsakos.

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