p A fabricação de semicondutores e muitas outras operações industriais envolvem processos de limpeza, e do ponto de vista ambiental e de saúde, tornou-se altamente desejável usar técnicas de limpeza física, como jatos de líquido ou ultrassom subaquático, em vez de produtos químicos tóxicos. p Surpreendentemente, pesquisadores especializados em engenharia mecânica não prestaram muita atenção aos problemas de limpeza física. Mas agora, engenheiros mecânicos especializados em mecanismo de movimento de fluidos na Universidade Keio, no Japão, revelaram a física subjacente ao que acontece quando colisões de jato líquido atingem superfícies a serem limpas.

p Para fazer isso, os engenheiros usaram uma simulação de dinâmica de fluidos para estudar o impacto de gotículas de água contra uma parede rígida seca / úmida como um exemplo canônico. Eles relatam seu trabalho no jornal Física dos Fluidos .

p "Na fabricação de semicondutores, partículas contaminantes de menor tamanho precisam ser removidas das pastilhas de silício conforme os dispositivos se tornam ainda mais miniaturizados, "disse Keita Ando, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade Keio. "O impacto de gotículas de alta velocidade é favorecido quando se trata de remover partículas de tamanhos muito pequenos - da ordem de 10 nanômetros - mas pode causar erosão da superfície."

p Portanto, é necessário considerar os efeitos da viscosidade e compressibilidade do fluido na dinâmica do impacto. "O fluido é viscoso, portanto, produz um atrito mecânico que desempenha um papel essencial na remoção de partículas, "disse ele." Além disso, o fluido é compressível, o que significa que ele produz um golpe de aríete com o impacto que pode acabar causando danos à superfície. "

p A dinâmica de fluidos computacional (CFD) que é responsável pela viscosidade e compressibilidade é um grande desafio, então os engenheiros realizaram a primeira simulação de fluxo viscoso e compressível conhecida para examinar cuidadosamente a dinâmica do impacto de gotículas de alta velocidade. "Os fenômenos são pequenos e muito rápidos; é muito difícil resolvê-los com as técnicas experimentais atuais, "disse Ando.

p Por que essa abordagem de simulação é tão significativa? Ele permite identificar uma relação de compensação entre desempenho de limpeza eficiente - também conhecido como eficiência de remoção de partículas - e limpeza sem danos.

p "Nossa abordagem pode ser usada para quantificar a força de atrito e a pressão do impacto do martelo de água, "Ando disse." Estes são úteis para explorar os valores ideais da velocidade de impacto, por exemplo, dadas as propriedades das partículas contaminantes, incluindo o tamanho. O impacto direto de gotas de água contra superfícies secas produz alto atrito e pressão de impacto, o que implica uma limpeza eficiente, mas erosiva. "

p Em sua simulação, os engenheiros exploraram o caso de inicialmente introduzir uma película de água que cobre a superfície de limpeza. Seus resultados mostram que este filme pode amortecer o impacto da gota, o que é crucial para uma limpeza menos erosiva.

p "Técnicas de limpeza ambientalmente corretas, incluindo jato de água e ultrassom subaquático, terão um papel mais importante no futuro. Seu avanço tecnológico sempre foi prejudicado pela falta de compreensão da física subjacente, que agora pode ser entendido, "disse Ando." Além disso, além da pesquisa experimental, a abordagem CFD é uma ferramenta essencial quando se trata da quantificação do fluxo de fluido. "