MATERIALES

Jugando con gotas: una puerta a nuevas aplicaciones líquidas

Un estudio sobre el comportamiento de gotas de distintos líquidos sobre superficies lisas ofrece nuevas posibilidades para fabricar dispositivos como lentes líquidas. Los experimentos muestran una variedad insólita de movimientos, producidos por la presión de vapor y la tensión superficial.

Una de las capturas del experimento
Una de las capturas del experimento Nate Cira, Adrien Benusiglio, Manu Prakash

El trabajo presentado este miércoles por Manu Prakash y su equipo en la revista Nature parece un divertimento de estudiantes. El estudio recopila una serie de vídeos donde observamos gotas de distintos colores haciendo los movimientos más insospechados, desde gotas que se persiguen por una superficie a sistemas en los que cada gota busca su lugar en función de la presencia de gotas similares.

Este estudio de física de los materiales tiene, sin embargo, un especial interés para quienes pretenden diseñar dispositivos basados en líquidos, como diferentes lentes, y ofrece la posibilidad de diseñar aplicaciones autoensamblables y autónomas con relativa sencillez. Para entender mejor en qué consiste su trabajo, los científicos muestran en un primer vídeo lo que sucede cuando colocamos gotas de diferentes colores en una superficie y posteriormente lo calentamos.

Como se puede observar, las gotas ponen en macha una especie de persecución de unas a otras que se aprecia mejor cuando dos gotas se colocan en una especie de carril que limita el movimiento. En ese escenario, una gota grande persigue a la otra como si fuera el juego del Comecocos. Una de las calves del asunto está en la utilización de dos líquidos diferentes, por un lado agua y por el otro propilenglicol, una sustancia aceitosa sin color ni olor.

En esta otra grabación se observa un fenómeno parecido, esta vez con gotas que además de repelerse y 'perseguirse', también se absorben unas a otras.

En este otro vídeo, quizá el más impresionante, los investigadores muestran lo que pueden hacer las gotas si se las coloca en circuitos cerrados, con comportamientos como el alineamiento o el movimiento circular siguiendo un carril.

Una vez observado este curioso circo de gotas, vayamos a la explicación. ¿Por qué se mueven de estas formas tan interesantes? La clave está en una combinación de su tensión superficial y de la presión de vapor de cada gota. Aquellas gotas en las que la evaporación se produce más rápido experimentan una contracción hacia el centro que hace que sea más fácil moverlas. Si la gota vecina se mueve ligeramente, interacciona de la manera en que hemos visto en los vídeos.

En este otro escenario, los investigadores muestran una máquina muy sofisticada con gotas que se colocan en el lugar adecuado en función de su composición:

"Demostramos experimental y analíticamente que estas gotas se estabilizan por gradientes de evaporación inducida y tensión superficial y que se mueven en respuesta al vapor emitido por las gotas vecinas", escriben los autores. "El entendimiento de las bases de este sistema robusto", añaden, "nos permite construir una amplia variedad de máquinas líquidas autónomas con materiales cotidianos". En su opinión, este conocimiento se podría aplicar para construir lentes líquidas que se ensamblen solas o que ajusten automáticamente su distancia para enfocar una imagen. Algo más que un juego de gotas de colores en el laboratorio.

Referencia: Vapour-mediated sensing and motility in two-component droplets (Nature) doi:10.1038/nature14272


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