Você já notou que, quando aquecida, uma película de óleo em uma panela não fica completamente plana? Em vez de, forma um padrão ondulado que se assemelha ao exterior de uma laranja. Esses tipos de deformações inspiraram um grupo de pesquisadores da Universidade Técnica de Darmstadt, Na Alemanha, para explorar se eles poderiam ser usados ​​para melhorar e agilizar os processos de microfabricação.

O filme de óleo é um exemplo clássico de um sistema hidrodinâmico com uma interface líquido-gás enquanto, por exemplo, as minúsculas gotículas de gordura no leite têm uma interface líquido-líquido. Filmes líquidos planos, como o filme de óleo, são particularmente instáveis ​​mecanicamente e podem sofrer alterações na morfologia se não forem mantidos em uma temperatura uniforme.

Apenas filmes líquidos suficientemente finos sofrem deformações superficiais significativas após a exposição a tensões na superfície, enquanto padrões de fluxo periódico altamente regulares se desenvolvem na maior parte dos filmes mais espessos quando submetidos às mesmas tensões.

Em marcante contraste com filmes mais finos, filmes mais espessos não mostram deformações superficiais significativas. Então, no contexto do desenvolvimento de técnicas de microfabricação não convencionais, a maioria dos esforços tem se concentrado nas instabilidades interfaciais de filmes muito finos.

Esses esforços indicaram que padrões acentuados podem ser alcançados, mas eles são, infelizmente, altamente irregulares na direção de propagação do filme. Essa desvantagem fundamental pode ser atribuída ao mesmo motivo pelo qual um jato de água saindo de uma torneira acaba se dividindo em gotas:a tensão superficial.

Como o grupo descreve em Cartas de Física Aplicada , da AIP Publishing, eles combinaram o padrão de convecção altamente regular que se forma em camadas mais espessas com fortes deformações interfaciais, possíveis apenas em filmes líquidos muito mais finos. "Ao contrário do trabalho anterior de endereçamento de sistemas com várias interfaces, em nossa abordagem, cada camada tem uma espessura inicial muito diferente da outra, "disse Iman Nejati, o autor principal do artigo e um Ph.D. estudante do Instituto de Nano e Microfluídica, Centro de interfaces inteligentes, TU Darmstadt.

Essa abordagem envolve essencialmente um sanduíche de uma fina película de óleo que é sensível à irradiação com luz ultravioleta (UV) entre um substrato plano sólido e uma camada muito mais espessa de outro líquido imiscível. Isso implica que o sistema não tem apenas uma interface líquido-gás como exemplo inicial do filme de óleo em uma panela, mas também uma interface líquido-líquido.

"Expor este sistema de múltiplas camadas a uma diferença de temperatura surpreendentemente pequena na direção da estratificação causa tensões na interface líquido-gás por causa de uma tensão superficial dependente da temperatura, "disse Nejati." Essas tensões impulsionam os padrões de fluxo celular rotativo na camada mais espessa, que são altamente periódicos na direção de propagação dessa camada. "

Em vez de usar as tensões causadas pela tensão superficial dependente da temperatura diretamente para padronizar o filme, a abordagem do grupo depende do padrão de fluxo na camada mais espessa para deformar a película mais fina abaixo.

Essa estratégia permite "padronizar grandes áreas com estruturas altamente regulares de maneira paralela - todas as estruturas são fabricadas ao mesmo tempo - em uma única etapa do processo, o que economiza tempo e reduz custos, "explicou Nejati." Como as estruturas são geradas a partir de um líquido, sem ferramentas fazendo contato mecânico com o material de trabalho, a superfície é muito lisa e não requer processamento adicional. "

E ao projetar a distribuição de temperatura ao longo da interface líquido-gás da camada mais espessa, as células de convecção e deformação da película fina podem ser adaptadas para atender às especificações de uma estrutura de interesse desejada. Uma vez que a deformação desejada seja alcançada, é "congelado" no lugar por irradiação com luz ultravioleta.

A combinação das características vantajosas da nova técnica são altamente desejáveis ​​porque todas as tecnologias de microfabricação comuns, incluindo fotolitografia, impressão, ou relevo - deixar de atender a pelo menos um desses critérios. "Dada a relativa simplicidade do equipamento necessário para nosso método, e como ele se adapta facilmente a situações específicas, pode ser usado para a fabricação de produtos de baixa quantidade também, "Nejati acrescentou.

Quais aplicações o grupo prevê para seu método? Para iniciantes, é ideal para a fabricação de matrizes de microlentes. "Essas matrizes aumentam localmente a intensidade da luz e podem ser usadas pela indústria óptica em sistemas de imagem integral, fotolitografia não convencional, e sistemas fotovoltaicos, "explicou Nejati." Para fotovoltaicos, um conjunto de lentes colocadas sobre uma célula solar pode servir como um coletor de luz para aumentar a eficiência do sistema fotovoltaico, tornando-o menos sensível ao ângulo de inclinação da luz solar em relação à superfície da célula. ”O método do grupo poderia ser facilmente integrado no processo de fabricação de células solares.

No futuro próximo, "não haverá necessidade direta de solidificar as estruturas pela luz ultravioleta, "ele notou." Em vez disso, o conjunto de lentes pode permanecer no estado líquido, o que nos permite alterar a periodicidade das lentes líquidas se, dizer, a diferença de temperatura que conduz as células de convecção é variada. Isso deve contribuir para o desenvolvimento de arranjos de lentes ajustáveis. "