Investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Hong Kong (HKU) han logrado un avance clave en la manipulación de gotas. Han descubierto una forma innovadora de navegar líquidos en una superficie en ausencia de fuerza o energía externa.

La gota se parece a una bola. El control de gotas en el plano es similar al billar donde las bolas se dirigen para moverse a lo largo de la trayectoria deseada, una característica muy valorada para la gestión térmica, desalinización, autoenvío de materiales, y muchas otras aplicaciones.

Convencionalmente los investigadores fabrican gradientes de humectación química o microtexturas asimétricas para impulsar la gota en movimiento, similar al diseño de una cinta transportadora para transportar las bolas. Por primera vez, Becario postdoctoral del RGC Dr. TANG Xin, Becario postdoctoral Dr. LI Wei, y el profesor titular de Ciencias e Ingeniería de Fluidos Térmicos WANG Liqiu del Departamento de Ingeniería Mecánica de HKU descubrió que cuando se libera una gota fría / caliente o volátil en un cristal piezoeléctrico lubricado (niobato de litio) a temperatura ambiente, la gota se impulsa instantáneamente a una gran distancia (que puede ser ~ 50 veces el radio de la gota) en rutas furcadas. Dependiendo del plano de cristal que interactúa con la gota, la autopropulsión puede ser unidireccional, bifurcado e incluso trifurcado.

El descubrimiento ha sido publicado en Nanotecnología de la naturaleza en un artículo titulado "Motilidad de las gotas furcadas en superficies cristalinas".

"Este es un fenómeno imprevisto con implicaciones de gran alcance. Las gotas con una diferencia de temperatura leve a 5 ° C en una superficie pueden sufrir una propulsión autosostenida. Imagínese colocar una pelota en una mesa perfectamente nivelada y lisa, en lugar de permanecer estático, la bola rueda sola. Aún más sorprendente es que la bola solo rueda automáticamente hacia ciertas direcciones definidas, ", dijo el profesor Wang Liqiu.

Los investigadores han descubierto que el movimiento del líquido intrínsecamente orientado es impulsado por un acoplamiento termo-piezoeléctrico de escala cruzada que es causado por la anisotropía de la estructura cristalina. Esto se asemeja a que una mesa lisa está dispuesta atómicamente de una manera inusual, de modo que una fuente de calor simétrica puede producir un campo eléctrico asimétrico que impulsa una bola en movimiento en una dirección determinada por la dirección de corte de la superficie de la mesa.

"El trabajo permite una forma innovadora de entregar y transportar líquidos con controlabilidad, versatilidad y rendimiento, y proporciona pistas para resolver algunos desafíos de larga data, como el antihielo, descongelación y antivaho en ambientes húmedos, "dijo el Dr. Tang Xin.

Cuando una gota golpea un sustrato superenfriado como el del ala de un avión y el cable de alimentación, se congela rápidamente y se adhiere a la superficie. En este caso, la fuerza eléctrica espontánea generada por el cristal puede perturbar la gota nucleante, potencialmente disminuyendo la adhesión interfacial y retrasando la acumulación de hielo perjudicial.

La autopropulsión también mejorará el rendimiento de la condensación gota a gota al eliminar el condensado creciente de la superficie, la barrera térmica, y, por lo tanto, proporciona potencialmente una solución muy prometedora para la manipulación de gotas en el espacio donde está ausente el desprendimiento de gotas asistido por gravedad.

Es más, las rutas furcadas pueden elegirse selectivamente agregando perturbaciones externas tales como campos eléctricos sutiles. De este modo, la superficie puede actuar como una válvula plana de dos o tres vías para entregar gotitas que contienen información, cargas útiles químicas o biológicas.

"Claramente, Este enfoque novedoso para la manipulación de líquidos funciona para una amplia variedad de líquidos y cristales piezoeléctricos, por lo tanto, abre oportunidades para una mayor investigación, y desarrollo de nuevos materiales y tecnologías, "dijo el Dr. Li Wei.