Los investigadores han demostrado cómo los principios de las olas rebeldes (enormes olas de 30 metros que surgen inesperadamente en el océano) se pueden aplicar a escala nanométrica, con docenas de aplicaciones que van desde la medicina hasta la fabricación.

Consideradas durante mucho tiempo un mito, las olas rebeldes golpean desde entornos relativamente tranquilos, destrozando plataformas petrolíferas y barcos a su paso. A diferencia de los tsunamis, las olas rebeldes se forman por la combinación casual de olas más pequeñas en el océano, creando un evento que es muy raro.

En los últimos años se han realizado muchas investigaciones sobre las ondas rebeldes, pero ahora, por primera vez, los científicos están demostrando cómo esto se puede aplicar a una escala mucho más pequeña:nanométricamente. Un nanómetro es un millón de veces más pequeño que el grosor de la página de un libro. Se trata de un enfoque completamente nuevo del comportamiento de los líquidos a escala nanométrica, publicado como carta en Physical Review Fluids. .

Los agujeros y protuberancias causados ​​por ondas rebeldes se pueden manipular para producir espontáneamente patrones y estructuras para su uso en nanofabricación (fabricación en una escala de una milmillonésima parte de un metro). Por ejemplo, se formaron patrones que, al romper películas líquidas, pueden usarse para construir circuitos microelectrónicos, que podrían usarse en la producción de componentes económicos de células solares. Además, el comportamiento de las finas capas líquidas podría ayudar a explicar por qué millones de personas en todo el mundo sufren de ojo seco. Esto ocurre cuando la película lagrimal que cubre el ojo se rompe.

A través de simulaciones directas de moléculas y nuevos modelos matemáticos, el estudio dirigido por el Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick descubrió cómo las capas nanoscópicas de líquido se comportan de manera contraintuitiva. Mientras que una capa de café derramada sobre una mesa puede permanecer aparentemente inmóvil, en la nanoescala el movimiento caótico de las moléculas crea ondas aleatorias en la superficie de un líquido.

Un evento raro ocurre cuando estas ondas conspiran para crear una gran "nanoonda rebelde" que atraviesa la capa y crea un agujero. La nueva teoría explica cómo y cuándo se forma este agujero, dando una nueva visión de un efecto previamente impredecible, tomando a sus grandes primos oceánicos como modelo matemático.

El equipo de investigadores está entusiasmado con el potencial de esta investigación en diferentes industrias; las aplicaciones son de gran alcance.

El profesor James Sprittles, del Instituto de Matemáticas de la Universidad de Warwick, dijo:"Nos entusiasmó descubrir que los modelos matemáticos desarrollados originalmente para la física cuántica y aplicados recientemente para predecir olas oceánicas rebeldes son cruciales para predecir la estabilidad de capas nanoscópicas de líquido". P>

"En el futuro, esperamos que la teoría pueda explotarse para permitir una serie de nanotecnologías, donde es crucial manipular cuándo y cómo se rompen las capas. También podría haber aplicaciones en áreas relacionadas, como el comportamiento de las emulsiones, por ejemplo en alimentos o pinturas. , donde la estabilidad de las finas películas líquidas dicta su vida útil."

La investigación se publica en la revista Physical Review Fluids. .

Más información: James E. Sprittles et al, Nanoondas rebeldes:una ruta hacia la ruptura de la película, Fluidos de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevFluids.8.L092001

Proporcionado por la Universidad de Warwick