Os investigadores demonstraram como os princípios das ondas traiçoeiras – enormes ondas de 30 metros que surgem inesperadamente no oceano – podem ser aplicados numa escala nanométrica, com dezenas de aplicações, desde a medicina até à indústria.



Há muito considerado um mito, ondas violentas atingem ambientes comparativamente calmos, destruindo plataformas petrolíferas e navios em seu caminho. Ao contrário dos tsunamis, as ondas traiçoeiras formam-se pela combinação casual de ondas mais pequenas no oceano, criando um evento que é muito raro.

Tem havido muita investigação sobre ondas traiçoeiras nos últimos anos, mas agora, pela primeira vez, os cientistas estão a mostrar como isto pode ser aplicado numa escala muito menor – nanometricamente. Um nanômetro é um milhão de vezes menor que a espessura da página de um livro. Esta é uma abordagem completamente nova para o comportamento de líquidos em escala nanométrica, publicada como uma carta na Physical Review Fluids .

Os buracos e saliências causados ​​por ondas traiçoeiras podem ser manipulados para produzir espontaneamente padrões e estruturas para uso na nanofabricação (fabricação em uma escala de um bilionésimo de metro). Por exemplo, padrões formados que rompem filmes líquidos podem ser usados ​​para construir circuitos microeletrônicos, que poderiam ser usados ​​na produção de componentes de células solares de baixo custo. Além disso, o comportamento das finas camadas líquidas poderia ajudar a explicar por que milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de olho seco. Isso ocorre quando o filme lacrimal que cobre o olho se rompe.

Através de simulações diretas de moléculas e novos modelos matemáticos, o estudo liderado pelo Instituto de Matemática da Universidade de Warwick descobriu como as camadas nanoscópicas de líquido se comportam de maneiras contra-intuitivas. Embora uma camada de café derramada sobre uma mesa possa permanecer aparentemente imóvel, em nanoescala o movimento caótico das moléculas cria ondas aleatórias na superfície de um líquido.

Um evento raro ocorre quando essas ondas conspiram para criar uma grande “nanoonda desonesta” que rompe a camada e cria um buraco. A nova teoria explica como e quando este buraco se forma, dando uma nova visão sobre um efeito anteriormente imprevisível, tomando os seus grandes primos oceânicos como um modelo matemático.

A equipa de investigadores está entusiasmada com o potencial desta investigação em diferentes indústrias; as aplicações são de longo alcance.

O professor James Sprittles, do Instituto de Matemática da Universidade de Warwick, disse:"Ficamos entusiasmados ao descobrir que modelos matemáticos originalmente desenvolvidos para a física quântica e recentemente aplicados para prever ondas oceânicas rebeldes são cruciais para prever a estabilidade de camadas nanoscópicas de líquido."

"No futuro, esperamos que a teoria possa ser explorada para permitir uma série de nanotecnologias, onde a manipulação de quando e como as camadas se rompem é crucial. Também pode haver aplicações em áreas relacionadas, como o comportamento de emulsões, por exemplo, em alimentos ou tintas , onde a estabilidade dos filmes líquidos finos determina o seu prazo de validade."

A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Fluids .

Mais informações: James E. Sprittles et al, Rogue nanowaves:Uma rota para a ruptura do filme, Physical Review Fluids (2023). DOI:10.1103/PhysRevFluids.8.L092001
Fornecido pela Universidade de Warwick