I fisici sperimentali dell'Università del Massachusetts Amherst riferiscono oggi di aver sviluppato un veloce, nuovo processo dinamico per avvolgere gocce di liquido in fogli polimerici ultrasottili, quindi quello che una volta era un processo scrupoloso che richiedeva decine di minuti ora può essere fatto in una frazione di secondo.

Professore di fisica Narayanan Menon, con l'attuale ricercatore post-dottorato Deepak Kumar, l'ex postdoc Joseph Paulsen e il professore di scienza dei polimeri Thomas Russell, riferire i loro risultati nell'attuale numero di Scienza . Paulsen è ora alla Syracuse University.

Come spiega Menon, molti gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando al problema di avvolgere goccioline di liquido per stabilizzare le emulsioni, che può essere utile nei sistemi di somministrazione dei farmaci, Per esempio, o per riparare le fuoriuscite di petrolio.

Il metodo consueto consiste nell'utilizzare uno strato di fluido che funge da tensioattivo per mantenere in sospensione oli e acqua. La maionese è un'emulsione di olio e acqua, Menone note, con l'albume come tensioattivo che lo tiene in sospensione. Ma uno strato di tensioattivo liquido non ha rigidità, non può contenere una forma. I ricercatori di UMass Amherst stavano cercando un involucro con una rigidità finita.

Lui dice, "Diciamo che ti chiedo di impacchettare una palla da basket e ti do nastro e carta. Fai del tuo meglio, ma non uscirà molto bene. Avrà lacune e sovrapposizioni. Con il nostro nuovo processo, lanci la pallacanestro al giornale, ed esce perfettamente incartato."

Menone aggiunge, "Se stai pensando di fare questo tipo di avvolgimento più e più volte, velocità e semplicità d'uso fanno la differenza. La soluzione rapida e semplice che Kumar ha trovato è un enorme passo avanti, e una volta che l'ha padroneggiato e identificato i parametri più importanti, scoprì che poteva essere avventuroso e creare forme diverse. Mostriamo che abbiamo fatto cubi e un tetraedro, Per esempio."

Anche, "I materiali sono polimeri comuni e liquidi comuni, solo olio e acqua. Non sono necessari ingredienti magici, e possiamo passare liberamente dalle gocce d'olio all'acqua e viceversa. Le cuciture sono tenute in posizione dall'avversione del fluido all'interno per il fluido all'esterno, così i bordi di avvolgimento si incontrano proprio alla cucitura e non c'è sovrapposizione o spazio."

Kumar, primo autore del saggio, sottolinea che la nuova tecnica sfrutta la rapida dinamica dell'impatto delle gocce per ottenere l'avvolgimento delle gocce d'olio con film polimerici ultrasottili in una fase acquosa. "Nonostante la violenza degli schizzi di eventi, il processo produce involucri robusti che sono sagomati in modo ottimale per massimizzare il volume del fluido racchiuso e avere cuciture quasi perfette, scrivono lui e i suoi colleghi.

Fattori importanti coinvolti nel successo pratico del nuovo metodo, note di Kumar, sono la densità del fluido della gocciolina e la dimensione della gocciolina in relazione alla dimensione del sottile foglio di polimero. Menon scherza, "Non funziona se lanci un pallone da basket contro un lenzuolo, né a un francobollo. Le dimensioni della goccia e del foglio devono essere correlate."

Un bonus inaspettato di questo lavoro, sottolineano gli autori, è che hanno raggiunto non solo il successo pratico, ma sono stati in grado di rispondere a parte della più profonda questione scientifica del meccanismo. Kumar dice, "Proponiamo alcune idee, ma non abbiamo la risposta a tutte le domande".

Menon dice che spera che i fisici sperimentali che leggono di questo lavoro capiranno rapidamente che "è tecnicamente facile e dovresti farlo da solo. In effetti, dovresti prenderlo e andare in direzioni a cui non abbiamo pensato. Speriamo che altri ricercatori pensino a più e diverse applicazioni di quelle che faremmo noi da soli. Se vuoi aggiungere complessità, potresti mettere uno strato o un motivo all'interno dell'involucro, oppure potresti aggiungere una finestra per renderla leggermente gocciolante. Una volta che sai come eseguire la tecnica, non è esigente."