p A água é derramada em um copo mais ou menos na mesma taxa, independentemente de a garrafa de água ser feita de vidro ou plástico. p Mas em escalas nanométricas para água e potencialmente outros fluidos, se o recipiente é feito de vidro ou plástico faz uma diferença significativa. Um novo estudo mostra que em canais nanoscópicos, a viscosidade efetiva da água em canais de vidro pode ser duas vezes mais alta que a da água em canais de plástico. Canais de vidro nanoscópicos podem fazer com que a água flua mais como ketchup do que H2O comum.

p O efeito das propriedades do contêiner nos fluidos que eles contêm oferece mais um exemplo de fenômenos surpreendentes em nanoescala. E também fornece um novo fator que os projetistas de minúsculos sistemas mecânicos devem levar em consideração.

p "Na nanoescala, a viscosidade não é mais constante, então, esses resultados ajudam a redefinir nossa compreensão do fluxo de fluido nesta escala, "disse Elisa Riedo, professor associado da Escola de Física do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Qualquer pessoa realizando uma experiência, desenvolver uma tecnologia ou tentar entender um processo biológico que envolve água ou outro líquido nessa escala de tamanho agora terá que levar em consideração as propriedades das superfícies. "

p Esses efeitos podem ser importantes para designers de dispositivos, como impressoras 3D de alta resolução que usam bicos em nanoescala, sistemas nanofluídicos e até mesmo certos dispositivos biomédicos. Considerando que a água nano-confinada é onipresente nos corpos dos animais, nas rochas, e em nanotecnologia, esse novo entendimento pode ter um amplo impacto.

p A pesquisa sobre as propriedades de líquidos confinados por diferentes materiais foi patrocinada pelo Escritório de Ciências Básicas do Departamento de Energia e pela National Science Foundation. Os resultados estavam programados para serem divulgados em 19 de setembro na revista. Nature Communications .

p As diferenças de viscosidade criadas pelos materiais do recipiente são diretamente afetadas pelo grau em que os materiais são hidrofílicos - o que significa que atraem água - ou hidrofóbicos - o que significa que eles a repelem. Os pesquisadores acreditam que em materiais hidrofílicos, a atração pela água - uma propriedade conhecida como "molhabilidade" - torna as moléculas de água mais difíceis de mover, contribuindo para um aumento da viscosidade efetiva do fluido. Por outro lado, a água não é tão atraída por materiais hidrofóbicos, tornando as moléculas mais fáceis de mover e produzindo menor viscosidade.

p Em pesquisa relatada no jornal, esse comportamento da água apareceu apenas quando a água estava confinada a espaços de alguns nanômetros ou menos - o equivalente a apenas algumas camadas de moléculas de água. A viscosidade continuou a aumentar à medida que as superfícies foram movidas para mais perto uma da outra.

p A equipe de pesquisa estudou a água confinada por cinco superfícies diferentes:mica, óxido de grafeno, silício, carbono semelhante ao diamante, e grafite. Mica, usado na indústria de perfuração, foi o mais hidrofílico dos materiais, enquanto o grafite foi o mais hidrofóbico.

p "Vimos uma relação clara de um para um entre o grau em que o material de confinamento era hidrofílico e a viscosidade que medimos, "Riedo disse.

p Experimentalmente, os pesquisadores começaram preparando superfícies atomicamente lisas dos materiais, em seguida, colocar água altamente purificada sobre eles. Próximo, uma ponta de AFM feita de silício foi movida através das superfícies em alturas variadas até fazer contato. A ponta - com cerca de 40 nanômetros de diâmetro - foi então levantada e as medições continuaram.

p Conforme a viscosidade da água aumentou, a força necessária para mover a ponta do AFM também aumentou, fazendo com que ele se torça ligeiramente na viga cantilever usada para elevar e abaixar a ponta. As mudanças neste ângulo de torção foram medidas por um laser refletido no cantilever reflexivo, fornecer uma indicação de mudanças na força exercida na ponta, a resistência viscosa exercida - e, portanto, a viscosidade efetiva da água.

p "Quando a ponta do AFM estava a cerca de um nanômetro de distância da superfície, começamos a ver um aumento da força viscosa atuando na ponta para as superfícies hidrofílicas, "Disse Riedo." Tivemos que usar forças maiores para mover a ponta neste ponto, e quanto mais perto chegamos da superfície, mais dramático isso se tornou. "

p Essas diferenças podem ser explicadas pela compreensão de como a água se comporta de maneira diferente em diferentes superfícies.

p "Na nanoescala, as forças de interação líquido-superfície tornam-se importantes, particularmente quando as moléculas de líquido estão confinadas em espaços minúsculos, "Riedo explicou." Quando as superfícies são hidrofílicas, a água adere à superfície e não quer se mover. Em superfícies hidrofóbicas, a água está escorregando nas superfícies. Com este estudo, não apenas observamos essa viscosidade dependente de umedecimento em nanoescala, mas também fomos capazes de explicar quantitativamente a origem das mudanças observadas e relacioná-las ao deslizamento de fronteira. Este novo entendimento foi capaz de explicar os resultados não claros anteriores de dissipação de energia durante estudos de AFM dinâmicos na água. "

p Embora os pesquisadores até agora tenham estudado apenas o efeito das propriedades do material nos canais de água, Riedo espera realizar experimentos semelhantes em outros fluidos, incluindo óleos. Além de fluidos simples, ela espera estudar fluidos complexos compostos de nanopartículas em suspensão para determinar como o fenômeno muda com o tamanho e a química das partículas.

p "Não há razão para que isso não seja verdade para outros líquidos, o que significa que isso poderia redefinir a forma como a dinâmica dos fluidos é entendida em nanoescala, "Ela disse." Toda tecnologia e processo natural que usa líquidos confinados em nanoescala serão afetados. "