Uma nova maneira de controlar como os líquidos secam em superfícies, o que pode trazer benefícios para uma série de indústrias, foi descoberto por pesquisadores da Northumbria University e The Open University.

As descobertas da equipe de pesquisa foram publicadas hoje, Quarta-feira, 11 de abril, pelo jornal Nature Communications .

As marcas d'água permanecem quando uma gota seca em uma superfície sólida, por exemplo, quando as gotas de chuva secam na superfície de um carro, ou quando a água seca em uma taça de vinho após a lavagem.

A maneira como as marcas d'água aparecem em uma superfície é incontrolável porque a forma e a localização de uma gota quando ela evapora são imprevisíveis. Isso impõe limites a muitas aplicações, como impressão a jato de tinta, onde uma gota de tinta pode deixar uma forma distorcida no papel, e micro-engenharia, onde marcas d'água podem prejudicar o desempenho de microestruturas delicadas.

Contudo, os pesquisadores do Laboratório de Materiais e Superfícies Inteligentes da Northumbria University, e a Escola de Matemática e Estatística da Universidade Aberta, descobriram uma nova maneira de controlar a forma e a localização das gotículas de secagem pela primeira vez, conhecido como 'evaporação rápida'.

Quando uma gota evapora em uma superfície sólida, sua borda 'pin' e 'depins' de maneira descontrolada. Este efeito ocorre devido à rugosidade microscópica da superfície sólida nua. Contudo, os pesquisadores conseguiram controlar a maneira como as gotículas secavam, através de uma combinação de geometria sólida ondulada e um tratamento de superfície ultra-liso.

Suas descobertas podem ter um impacto em muitas aplicações diárias - por exemplo, a indústria automotiva poderia tratar as superfícies dos automóveis de maneira diferente para minimizar marcas d'água, e a indústria de smartphones e computadores poderia melhorar a eficiência de micro-heatpipes, que removem o calor dos microprocessadores.

Dr. Gary Wells, Professor Sênior na Northumbria University, disse:"Uma caixa de ovo é um exemplo de sólido ondulado:tem picos e vales repetidos que formam um padrão ondulado. Imprimimos em 3D esse padrão ondulado e cobrimos sua superfície áspera com uma fina camada de lubrificante. A superfície composta resultante permanece a forma ondulada, mas torna-se 'ultra-suave'.

"Quando deixamos que as gotículas de água evaporassem nessas superfícies onduladas, eles inicialmente se retraíram do sólido de uma maneira suave, como seria de esperar de um sólido perfeitamente liso. Contudo, a superfície ondulada faz com que as gotículas 'se encaixem' em pontos específicos, mudando sua posição e forma. Este é um novo modo de evaporação, que chamamos de 'evaporação instantânea'.

"Notavelmente, este processo é altamente reproduzível, e descobrimos que o design real do padrão ondulado pode controlar a posição e a forma da gota. "

A razão para o comportamento do snap está na teoria da bifurcação, um ramo da matemática que estuda como um sistema - neste caso, a gota - responde a uma mudança em um parâmetro de controle - neste caso, uma redução de massa devido à evaporação.

Dr. Marc Pradas, Professor da The Open University, explicou:“A ideia principal por trás de nossa teoria é que a configuração que uma gota assume em um padrão sólido ondulado não é única. Existem diferentes formas e posições que a mesma quantidade de líquido pode ocupar em um determinado padrão ondulado.

"Durante a evaporação, a massa de uma gota muda, e acontece que o que era uma forma e posição de gota estável torna-se instável. Neste ponto, que é conhecido como bifurcação, a gota deve mudar sua forma e posição. A superfície ondulada atua como um volante, guiando a gota para a próxima configuração estável após um estalo. "

Dr. Rodrigo Ledesma-Aguilar, Professor Associado da Northumbria University, acrescentou:"As implicações de nosso estudo podem ter um impacto em muitas aplicações cotidianas, e atualmente estamos trabalhando com parceiros industriais que podem se beneficiar de nossa pesquisa.

"Por exemplo, estamos trabalhando com a Jaguar Land Rover para desenvolver novas estratégias que minimizem marcas d'água na superfície dos carros. Outro exemplo é a nossa colaboração com Sistemas de Energia Sustentáveis, que podem se beneficiar de nossos resultados, melhorando a eficiência dos sistemas de remoção de calor usados ​​em microprocessadores, como CPUs e GPUs. "

Os resultados completos da pesquisa podem ser encontrados no artigo Snap evaporation of droplets on smooth topographies, publicado em Nature Communications .