Un modello matematico che predice come l'acqua si condensa attorno a minuscole particelle potrebbe aiutare a migliorare i processi industriali chimici, compresa la produzione di compresse di farmaci, fertilizzanti e catalizzatori.

I precedenti modelli di condensazione differiscono nelle loro previsioni di velocità, a seconda di fattori come la forma e la composizione della superficie su cui cresce la gocciolina. Fong Yew Leong dell'A*STAR Institute of High Performance Computing voleva sviluppare un modello teorico più realistico per aiutare i suoi collaboratori a comprendere i risultati della condensazione sperimentale. "È qui che la modellazione e il calcolo diventano davvero utili, nel fornire intuizioni fisiche che non possono essere ottenute da esperimenti, "dice Leone.

Lui e i suoi colleghi hanno modellato una goccia d'acqua che cresce nella fessura tra una particella di dimensioni micrometriche e una superficie piana. Il loro modello considera fattori come la dimensione delle particelle, la tensione superficiale della goccia, e quanto la superficie sottostante attrae o respinge l'acqua.

Il modello mostra, Per esempio, che una gocciolina in crescita copre una superficie che attrae l'acqua (idrofila) più rapidamente di una superficie che respinge l'acqua (idrofoba). Il volume di una goccia inizialmente aumenta più lentamente su una superficie idrofoba, ma poi accelera man mano che la goccia diventa più convessa. "La goccia non si restringe durante la condensazione, ma bagna completamente la particella, "dice Leone.

Il team ha effettuato esperimenti per testare il loro modello, filmando come l'acqua si è condensata attorno a particelle di biossido di silicio di dimensioni micron su un vetrino (vedi immagine). Videro che l'acqua si condensava sempre nella fessura tra una particella e lo scivolo, piuttosto che formare goccioline autonome sulla superficie, e hanno scoperto che la crescita delle goccioline era quasi la stessa di quella prevista dal loro modello. I ricercatori hanno anche adattato il modello per prevedere la crescita di goccioline attorno a gruppi di particelle.

Questi risultati dimostrano che non è possibile simulare con precisione la condensazione sulla base di un singolo fattore, dice la squadra. Infatti, sembra che ci sia una competizione tra la particella e il substrato che determina la velocità con cui ciascuna è ricoperta d'acqua mentre la goccia si condensa. "Evidenzia implicazioni significative per la bagnatura su piccola scala, " dice Leong. Il team ora spera di modellare la condensazione e le interazioni dei liquidi su scale di lunghezza ancora più piccole.