Quando Erik Luijten da Northwestern Engineering conheceu Zbigniew Rozynek, eles imediatamente se tornaram unidos por um mistério.

Apresentando em uma conferência na Noruega, Rozynek, pesquisador da Universidade Adam Mickiewicz em Pozna ?, Polônia, demonstrou algo que parecia quase mágica. Quando ele enfiou um eletrodo em forma de agulha em uma mistura de micro-ondas, partículas esféricas de metal dispersas em óleo de silicone, uma esfera presa ao seu fim. Enquanto Rozynek puxava o eletrodo para fora da dispersão, outra esfera anexada à primeira esfera, e depois outro para a segunda esfera, e assim por diante, até que uma longa cadeia se formou.

"As esferas se comportavam como contas magnéticas, exceto que nenhum magnetismo estava envolvido, "disse Luijten, professor de ciência e engenharia de materiais e de engenharia e matemática aplicada na McCormick School of Engineering da Northwestern. "As partículas não têm tendência a se agrupar. Percebi que algo mais complicado estava acontecendo."

Rozynek, junto com seus colaboradores Filip Dutka, Piotr Garstecki, e Arkadiusz Józefczak, e Luijten juntou-se a suas equipes para entender o fenômeno que causou a formação dessas cadeias. A descoberta resultante pode levar a uma nova geração de dispositivos eletrônicos e um rápido, método simples para escrever circuitos eletrônicos bidimensionais.

"Nossos resultados científicos podem abrir outras áreas para pesquisas futuras - tanto fundamentais quanto aplicadas, "Rozynek disse." Já estamos trabalhando em projetos de acompanhamento com base em nossa descoberta. "

Apoiado pela Foundation for Polish Science, Centro Nacional de Ciência da Polônia, e a US National Science Foundation, a pesquisa foi publicada online hoje no jornal Nature Communications . Rozynek e Luijten são autores co-correspondentes. Rozynek também é co-autor com Ming Han, um estudante de doutorado no Laboratório de Matéria Macia Computacional de Luijten.

Rozynek e Han realizaram vários cálculos, mostrando como o campo elétrico do eletrodo alterou as propriedades das partículas. Quando o eletrodo é mergulhado na solução coloidal, sua ponta carregada polariza cada esfera. Essas interações dipolares induzidas fazem com que as esferas se liguem. Uma cadeia resultante pode conter centenas de milhares de esferas, atingindo até 30 centímetros de comprimento.

Depois que a equipe resolveu o mistério de como as cadeias se formaram, tinha um segundo mistério a resolver. "Outra parte fascinante é que, uma vez que retiramos a corrente do líquido, não tínhamos mais que aplicar um campo elétrico para segurar a estrutura da corrente, "Han disse." Depois que o campo foi desligado, a cadeia de partículas estável permaneceu estável. "

Após meses de investigação, As equipes de Luijten e Rozynek descobriram que as cadeias mantinham suas estruturas devido a "pontes" líquidas entre as partículas adjacentes. Conforme os pesquisadores retiraram a corrente do líquido, óleo de silicone grudado nas laterais de cada partícula, formando uma caixa ao redor de toda a corrente e mantendo-a intacta.

"A tensão superficial desempenha um grande papel aqui, - disse Han. - A ponte líquida fazia as partículas se unirem. A física aqui é realmente interessante. A maioria das pessoas pensaria que se você quisesse manter a estrutura, então você precisaria aplicar o campo elétrico. Mas isso não é necessário em nosso sistema. "

Uma vez que a corrente flexível é puxada para fora do líquido, ele pode ser arrastado imediatamente ao longo de uma superfície e depositado para criar um padrão. Os pesquisadores acreditam que este método pode ser usado como uma forma alternativa de criar, circuitos eletrônicos bidimensionais. Se cera derretida for usada em vez de óleo de silicone, então, o método também poderia ser usado para construir estruturas tridimensionais que mantêm suas formas quando a cera esfria e endurece.

"Embora simples, nosso método para fabricar estruturas coloidais é muito elegante e pode ser usado para muitas aplicações, "Rozynek disse, "incluindo a fabricação de caminhos condutores em diferentes substratos a serem usados, por exemplo, em aplicações eletrônicas. "

Luijten e Rozynek acreditam que resolver esse mistério pode abrir a porta para aplicativos que eles não podem prever hoje. Ao compreender como o método funciona, eles podem avaliar melhor como diferentes tipos de fluidos ou níveis de voltagem podem afetar as cadeias e alterar o resultado.

"Entender como funciona torna muito mais fácil manipular e otimizar, "Disse Luijten." Podemos dizer se o método funcionará melhor ou pior se as partículas forem maiores ou se o campo elétrico for mais forte. Isso só é possível porque o entendemos. De outra forma, você teria que examinar um conjunto infinito de combinações. "