p (Phys.org) - Cientistas demonstraram que microgears em forma de catavento flutuando em uma superfície de líquido podem girar a velocidades de até 300 r.p.m. quando iluminado por um LED comum. Este movimento movido pela luz, que surge porque a luz cria uma pequena diferença de temperatura e, subseqüentemente, uma diferença de tensão superficial no fluido circundante, é cerca de cinco ordens de magnitude mais eficiente do que outros mecanismos que convertem luz em trabalho. Como o efeito não depende do tamanho, os cientistas esperam que o sistema possa ser dimensionado para macro e nanoescala. p Os pesquisadores, Claudio Maggi e co-autores da Universidade de Roma, o Instituto Italiano de Tecnologia em Genova, e o Instituto de Nanotecnologia NANOTEC-CNR em Roma, publicaram um artigo sobre a nova demonstração da conversão light-to-work em uma edição recente da Nature Communications .

p Em seu estudo, os cientistas fabricaram os microgears usando litografia a laser, revestiu-os com uma camada de carbono amorfo para aumentar a absorção de luz, e os imergiu em um líquido. Eles então depositaram uma pequena gota do líquido contendo o equipamento em uma lâmina de vidro de microscópio e iluminaram-na com um LED. Embora os motores movidos a luz anteriores geralmente exijam feixes de laser de alta potência para induzir o movimento, aqui, o LED de campo amplo pode induzir movimento com apenas alguns microwatts de potência por engrenagem, correspondendo a 100, Eficiência de conversão de luz para trabalho 000 vezes maior.

p A razão para o aumento da eficiência é que o novo sistema opera sob um mecanismo de conversão de luz para trabalho totalmente diferente. Anteriormente, sistemas semelhantes têm contado com a radiação exercida por feixes de laser altamente focados, ou em termoforese, que é a migração lenta de partículas sólidas induzidas por gradientes térmicos no fluido circundante. Para alcançar a termoforese, metade da partícula é coberta por um revestimento absorvente de calor, de modo que quando exposto a forte iluminação, a partícula será impulsionada ao longo de um gradiente de temperatura.

p No novo sistema, os motores são totalmente cobertos por um revestimento de absorção de calor, para que eles sejam aquecidos uniformemente. Contudo, os vértices internos da forma de cata-vento de cada motor tornam-se mais quentes do que os externos, que gera um gradiente de temperatura assimétrico no fluido circundante. Uma vez que a tensão superficial geralmente diminui com a temperatura, este gradiente de temperatura - mesmo quando tão pequeno quanto alguns milikelvin - causa um gradiente de tensão superficial, o que significa que as forças capilares no fluido puxam os microgears de maneira desigual. A tração desigual resulta em um torque líquido, fazendo com que os microgears girem rapidamente.

p Como explicam os pesquisadores, este efeito é muito semelhante ao efeito Marangoni, que também envolve um gradiente de tensão superficial. No efeito Marangoni, líquidos e pequenos objetos colocados na superfície de um fluido com um gradiente de tensão superficial se moverão da região com a tensão superficial baixa em direção à região com a tensão superficial mais alta. Embora estudos anteriores tenham usado lasers altamente focados para demonstrar a propulsão de Marangoni, este estudo marca a primeira vez que foi alcançado com iluminação de campo amplo incoerente, como um LED comum.

p No futuro, este movimento eficiente conduzido por luz pode ser usado em uma variedade de aplicações em diferentes escalas, de veículos solares em miniatura a nanomáquinas.

p “Veículos solares permitem transporte terrestre, água e no ar usando a luz solar como fonte primária de energia, "Maggi disse Phys.org . “A conversão da luz em movimento geralmente requer alguns estágios de transformação entre diferentes formas de energia. Normalmente são veículos elétricos movidos por células fotovoltaicas que convertem em um primeiro estágio a luz solar em energia elétrica. Essa estratégia indireta, Contudo, envolve um alto grau de complexidade que coloca grandes limitações na miniaturização de motores solares na escala micrométrica. "

p "Por outro lado, a geração de propulsão em pequenas escalas é de crucial importância para a operação de micro e nanomáquinas dentro do chamado lab-on-a chip, "disse Roberto Di Leonardo do Conselho Nacional de Pesquisa da Itália, e o coordenador da equipe. "Pesquisas futuras nesta direção podem levar ao desenvolvimento de micro-máquinas que são capazes de transportar cargas minúsculas, como células individuais, dentro de dispositivos miniaturizados alimentados pela simples exposição à luz solar. " p © 2015 Phys.org