Descobriu-se que uma gota que cai em uma superfície consideravelmente super-resfriada congela de uma forma nunca vista antes. Em vez do conhecido crescimento de cristais, uma superfície mais fria resulta em frentes circulares de gelo em movimento. Essas frentes se movem do centro para a borda da gota congelante. Cientistas da Universidade de Twente e do Max Planck Center for Complex Fluid Dynamics demonstraram este efeito pela primeira vez, e dar uma explicação para o mecanismo físico envolvido nas últimas Proceedings of the National Academy of Sciences .

Quando a chuva cai em uma superfície que ainda está congelada, torna a estrada muito escorregadia em pouco tempo. Este é um exemplo de gotículas de líquido caindo em uma superfície que tem uma temperatura abaixo do ponto de fusão - ela é "super-resfriada". O congelamento da gota e a cristalização evocam as estruturas dendríticas em forma de estrela frequentemente observadas em flocos de neve. Se a superfície estiver mais fria, Contudo, a gota não apenas congela mais rápido, mas o mecanismo muda, também. Em uma superfície que é fria o suficiente, um fenômeno notável ocorre:a partir do centro da gota, as frentes de gelo se movem em direção à borda enquanto a gota ainda está se espalhando. Isso acontece repetidamente, até que a gota esteja totalmente congelada.

Filmando de baixo

Os pesquisadores da UT observaram isso filmando o congelamento da gota de baixo, exatamente na superfície. A luz do laser é refletida na interface e filmada com uma câmera de alta velocidade. Isso também é chamado de reflexão interna total (TIR), e é baseado no mesmo método usado para tirar impressões digitais. Nos experimentos, a gota que cai é de hexadecano, que tem um ponto de fusão de 18 graus Celsius. As ondas foram observadas quando a temperatura da superfície foi reduzida para 11 graus abaixo deste ponto.

Fluxo interno

Em sua explicação teórica em PNAS , os cientistas da UT mostram que a gota é mais fria no ponto de impacto, isso é, no meio. Cristais se formam em torno disso, mas ao mesmo tempo, o fluxo de fluido interno os empurra para os limites. Este processo continua se repetindo até que toda a gota congele. O estudo também revela que a temperatura da superfície muda a forma como a gota solidificada se fixa à superfície, mudando assim a facilidade com que pode ser "descascado".

A pesquisa não só fornece uma visão fundamental sobre o processo de congelamento, poderia ajudar os pesquisadores a desenvolver superfícies anti-gelo, como as dos aviões. Pode melhorar as técnicas de impressão 3-D que fazem uso da solidificação da cera fundida. E pode ajudar no avanço da litografia ultravioleta extrema (EUV) para a fabricação de chips. Lá, gotículas metálicas derretidas que se solidificam em espelhos podem obstruir todo o processo.

O papel, "Cinética de congelamento rápido dentro de uma gota impactando em uma superfície fria, "é publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS )