Un gruppo di ricerca internazionale, guidato dalla Monash University, ha scoperto per la prima volta il mistero dietro la formazione degli "anelli di caffè" esaminando l'angolo di contatto delle goccioline su una superficie, e come si asciugano.

La collaborazione di ricerca che coinvolge la Monash University e l'Università di Cambridge ha anche sviluppato un modello matematico in grado di prevedere quando un anello di caffè potrebbe essere osservato nei sistemi di particelle sferiche dure.

Professor Gil Garnier, Direttore di BioPRIA (Bioresource Processing Research Institute of Australia) nel Dipartimento di Ingegneria Chimica della Monash University, ha portato un team internazionale a esplorare come si formano i modelli dall'evaporazione delle goccioline, un fenomeno che ha sconcertato i fisici per anni.

Il professor Garnier ha detto che questa scoperta, creato dal Dr. Michael Hertag di BioPRIA, potrebbe aprire le porte nell'arena della diagnostica del sangue, soprattutto per la scoperta di cure per l'anemia e altre malattie del sangue.

La formazione di pattern è un evento comune nell'essiccazione di liquidi colloidali, come il latte, caffè, dipingere, aerosol, e nel sangue.

Il più comune nelle goccioline è una distribuzione ad anello in cui le particelle liquide si sono trasferite al bordo, che è indicato come un anello di caffè, durante l'asciugatura. Tale deposito è sfavorevole in molti processi produttivi ed è di fondamentale interesse gli esperti in edilizia, medico, e professioni ingegneristiche.

Hanno concluso che gli angoli di contatto ai quali una goccia è posta su una superficie bagnata determina la prevalenza degli angoli del caffè. Quando la goccia è posta ad un alto angolo di contatto, non sono presenti anelli di caffè.

"La nostra ricerca ha identificato l'angolo di contatto formato dalla sospensione delle goccioline sulla superficie e il suo contenuto di solidi come le due importanti variabili che governano la formazione degli anelli di caffè, "Ha detto il professor Garnier.

"Sebbene la modellizzazione di successo sia stata ottenuta in precedenza, mostriamo qui per la prima volta che per ogni angolo di contatto, esiste una frazione di volume colloidale iniziale critica sulla quale non si formerà alcun modello anulare.

"Essenzialmente, minore è l'angolo di contatto, maggiore è la probabilità che vengano trovati i profili degli anelli."

Quando una goccia viene posta su una superficie, raggiunge rapidamente una posizione di equilibrio apparente che può, per piccole gocce, essere definito esclusivamente dall'angolo di contatto e dal raggio.

La velocità di evaporazione e la variazione della fluidità di massa sulla superficie della goccia dipende da molti fattori, compresa la tensione di vapore del fluido, la geometria della superficie della gocciolina, nonché la velocità e la pressione parziale dell'atmosfera circostante.

Gli esperimenti di essiccazione sono stati condotti ponendo una goccia di soluzione da 6 µl su un substrato con una pipetta Eppendorf. La gocciolina è stata lasciata asciugare in una stanza a umidità e temperatura controllata tenuta a 23 gradi C e 50 percento di umidità relativa.

"Abbiamo dimostrato che la presenza o l'assenza di un anello di caffè può essere prevista esclusivamente dalla frazione di volume iniziale delle particelle in una sospensione e dall'angolo di contatto formato dalla sospensione sulla superficie di interesse, " ha detto il dottor Garnier.

"Utilizzando questa scoperta, siamo quindi stati in grado di calcolare un modello per prevedere la formazione dell'anello di caffè dagli angoli di contatto utilizzando un numero di goccioline di liquido.

"Questa tecnica di modellazione e le sue intuizioni risultanti sono nuovi potenti strumenti per ottimizzare le tecniche di produzione e diagnostiche".