Uma estrutura abrangente para estudar o comportamento de evaporação de mármores líquidos está ajudando os pesquisadores do KAUST a entender melhor essas minúsculas estruturas biológicas.

Mármores líquidos foram descobertos pela primeira vez durante um estudo do comportamento dos pulgões - minúsculos insetos que vivem dentro das galhas das plantas. Pulgões bebem néctar, então excretar pegajoso, substâncias açucaradas em seu espaço confinado. Para evitar o afogamento em suas próprias excreções, os insetos revestem o fluido pegajoso com partículas de cera, criando minúsculos mármores líquidos com uma camada externa hidrofóbica que eles não podem aderir.

Os cientistas rapidamente perceberam o valor de tal sistema para transportar pequenas quantidades de líquido intacto sobre uma superfície sem "molhá-la". Outras aplicações para mármores líquidos incluem reatores bioquímicos em miniatura e monitoramento de poluição.

"Mesmo que a superfície da água de um mármore líquido seja coberta por partículas hidrofóbicas (repelentes de água), eles ainda podem evaporar mais rápido do que as gotas de água pura. Esse fato contra-intuitivo atiçou nossa curiosidade, "diz Adair Gallo Jr, o Ph.D. estudante que trabalhou no estudo ao lado de Himanshu Mishra e colegas.

Atualmente, há uma compreensão incompleta de como o tamanho das partículas, o atrito entre as partículas e as interações líquido-partícula influenciam o comportamento de evaporação dos mármores. A equipe estudou mármores formados a partir de partículas com diferentes naturezas hidrofóbicas, rugosidade da superfície e tamanhos, variando de nano a micro.

Usando imagens de alta velocidade, Gallo descobriu que as interações líquido-partícula e partícula-partícula influenciaram criticamente o comportamento de evaporação, e ele os agrupou em três casos. Em primeiro lugar, mármores formados a partir de partículas com alta adesão de partículas líquidas e fricção interpartícula moderada mantiveram sua área de superfície total intacta enquanto desinflavam, levando a uma evaporação mais rápida e formas achatadas. A maioria dos exemplos de mármore se enquadra nesta categoria.

Para o segundo caso, Gallo fez experimentos com partículas de sílica em microescala revestidas com partículas em nanoescala que exibiam ultra-repelência à água.

"À medida que esses mármores líquidos evaporavam, eles ejetaram partículas de sua superfície e permaneceram esféricos; não esperávamos ver isso, "diz Gallo." Isso acontece por causa de partículas líquidas e forças interpartículas muito baixas. Curiosamente, este caso mostrou as mesmas taxas de evaporação das gotículas de água pura. "

O terceiro caso envolveu nanopartículas pegajosas que interagiram intimamente umas com as outras, mas não com o líquido dentro. Conforme o líquido evaporou, as partículas foram empurradas para fora da superfície da água para formar um revestimento multicamadas. Os mármores mantiveram a forma esférica, mas evaporaram a taxas muito mais lentas por causa das camadas de partículas mais espessas.

A equipe usou esses dados para construir um modelo matemático que prevê com precisão o comportamento de evaporação de todos os mármores líquidos estudados neste trabalho e em vários outros relatórios publicados.

"Nossa pesquisa motivada pela curiosidade levou a uma estrutura analítica sólida para pensar sobre esses objetos macios e moles, "diz Mishra.