A formação de uma simples mancha de café tem sido objeto de estudos complexos por décadas, embora aconteça que ainda há algumas pedras a serem removidas. Pesquisadores da Universidade de Nevada, Reno modelou como uma gota coloidal evapora e encontrou um mecanismo anteriormente esquecido que determina com mais precisão a dinâmica da deposição de partículas em gotas sésseis em evaporação, que tem ramificações em muitos campos do mundo tecnológico de hoje.

"Compreender e manipular a dinâmica de deposição de partículas durante a evaporação de gotas coloidais pode ser usado no sequenciamento de DNA, quadro, impressão a jato de tinta e fabricação de micro / nanoestruturas solicitadas, "Hassan Masoud, professor assistente do Departamento de Engenharia Mecânica, disse. "E agora entendemos isso melhor do que nunca. Nossa descoberta se baseia em um grande trabalho; demos um passo a mais, modelar a interação de partículas suspensas com a superfície livre da gota. Acreditamos que nossas descobertas irão mudar fundamentalmente a percepção comum sobre o mecanismo responsável pelo chamado fenômeno do 'anel do café'. "

Quando uma gota seca em uma superfície, as partículas suspensas nele geralmente se depositam em um padrão semelhante a um anel, deixando uma mancha ou resíduo, chamado de efeito de anel de café. Até agora, a mancha foi pensada para se formar como resultado do fluxo de fluido dentro da gota. Masoud e sua equipe descobriram que a superfície livre da gota, a camada superior onde está em contato com o ar, desempenha um papel crítico na deposição das partículas.

“Quando a gota evapora, a superfície livre entra em colapso e aprisiona as partículas suspensas, "Masoud disse." Nossa teoria mostra que, eventualmente, todas as partículas são capturadas pela superfície livre e permanecem lá pelo resto da viagem em direção à borda da gota. "

Masoud e sua equipe usaram um sistema de modelagem menos familiar, conhecido como Sistema de Coordenadas Toroidais, que lhes permitiu reduzir as equações governantes tridimensionais em uma forma unidimensional. Apesar de uma quantidade razoável de espaço e velocidade no servidor, a equipe optou por escrever suas muitas equações à mão, em dezenas de pedaços muito grandes de jornais impressos.

"Nossa abordagem inovadora - e usando algumas equações terríveis - distingue nosso trabalho de pesquisas anteriores, "disse ele." Ninguém mais usou este sistema de coordenadas para este problema, e isso nos permite rastrear o movimento das partículas na gota de uma forma natural. "

A descoberta permite que os cientistas manipulem o movimento das partículas de soluto alterando a tensão superficial da interface líquido-gás, em vez de controlar o fluxo dentro da gota.

"Podemos usar surfactantes para ajustar a tensão superficial, "Masoud disse." Em um exemplo simples, se você estiver limpando painéis solares, que pode perder até 90 por cento de sua eficiência quando sujo, o método preferido de limpeza é água, mas isso deixa uma mancha que é difícil de limpar. Alterar a dinâmica do fluxo durante a evaporação com um agente de limpeza especializado pode deixar os painéis mais limpos e eficientes. "

Seu artigo revisado por pares, "Mecanismo alternativo para deposição de anéis de café com base no papel ativo da superfície livre, "foi publicado em 12 de dezembro na publicação da American Physical Society Revisão Física E .