Bem-vindo ao incrível mundo dos substratos macios. Esses materiais são feitos de gel de silicone e têm a mesma textura da panna cotta - mas sem o sabor delicioso. Eles são usados ​​em uma variedade de aplicações, especialmente na indústria farmacêutica, porque suas propriedades biocompatíveis e anti-aderentes os tornam resistentes à corrosão e à contaminação bacteriana. Esses substratos são tão macios que podem ser deformados (reversivelmente) pelas forças capilares que ocorrem nas bordas das gotículas quando colocadas em suas superfícies. Contudo, as gotas se movem muito lentamente nessas superfícies; para fluir, as gotas devem deformar dinamicamente os substratos e superar a resistência criada pelas propriedades viscoelásticas do substrato. Uma gota milimétrica colocada em um substrato posicionado verticalmente fluirá a uma velocidade de apenas algumas centenas de nanômetros por segundo e algumas dezenas de micrômetros por segundo. Em outras palavras, a gota levaria três horas para se mover apenas um metro! Este efeito de desaceleração é conhecido como travagem viscoelástica e é um grande obstáculo para o uso mais difundido de substratos macios, especialmente na fabricação.

Uma equipe de cientistas do laboratório EMSI (Engineering Mechanics of Soft Interfaces) da EPFL, dentro da Escola de Engenharia, mostrou que a frenagem viscoelástica pode ser superada colocando pequenos pilares na superfície do substrato. Mais fundamentalmente, os cientistas foram capazes de observar, pela primeira vez, o contato entre um fluido e um substrato macio em uma geometria complexa. Suas descobertas acabaram de ser publicadas em PNAS .

Uma nova geometria

Os cientistas da EPFL empregaram um método que já é amplamente utilizado em processos de umedecimento:alterar a textura da superfície de um substrato para que se torne super-hidrofóbico. Mais especificamente, eles cobriram uma superfície de gel com pequenos pilares de 100 µm de altura e 100 µm de largura, de modo que as gotas colocadas no gel fiquem apenas no topo dos pilares - como um temerário caminhando sobre uma cama de pregos. Visualizando as gotículas através de um microscópio confocal, os cientistas viram que os pilares se deformam à medida que as gotas se movem ao longo deles. O que mais, o tamanho da deformação sólida era quase o mesmo que o obtido em uma superfície plana de gel, o que significa que as gotas estão de fato sendo sustentadas por centenas de minúsculos pilares. E embora os tamanhos de deformação fossem tão próximos, as gotas se moviam na mesma velocidade que em uma superfície dura.

"Essas texturas alteradas 'matam' o efeito de frenagem viscoelástica, mesmo que haja uma área de contato bastante grande entre o fluido e o sólido, "diz Martin Coux, um dos autores do estudo, junto com o Prof. John Kolinski. "Devido à geometria única dos pontos de contato entre o fluido e o sólido, levantado ligeiramente acima da superfície do substrato, as gotas adotam configurações que normalmente não seriam capazes de fazer em uma superfície macia. Isso permite que eles fluam ao longo do substrato tão rápido quanto fariam em uma superfície dura. "Usando o microscópio de alta velocidade do EMSI, os cientistas foram capazes de observar e compreender este fenômeno até então desconhecido da física fundamental.

Vale ressaltar que tudo isso ocorre em escala micrométrica (as deformações sólidas são da ordem de 1–100 µm). "Graças aos avanços feitos na tecnologia de visualização nos últimos dez anos, os cientistas agora podem ver as deformações que ocorrem quando os fluidos entram em contato com substratos macios - e não apenas estaticamente (como quando as gotas estão estacionárias), mas também dinamicamente, como quando as gotas fluem na superfície, ", diz Coux. Esta nova capacidade deu um impulso aos físicos que se especializam em mecânica dos fluidos, acelerou sua compreensão das interações elastocapilares entre substratos macios e fluidos, e colocar os cientistas da EPFL no caminho de sua descoberta revolucionária.