Un quadro completo per lo studio del comportamento di evaporazione dei marmi liquidi sta aiutando i ricercatori KAUST a comprendere meglio queste minuscole strutture biologiche.

I marmi liquidi sono stati scoperti per la prima volta durante uno studio sul comportamento degli afidi, piccoli insetti che vivono all'interno delle galle delle piante. Gli afidi bevono nettare, quindi espellere appiccicoso, sostanze zuccherine nel loro ristretto spazio vitale. Per evitare di annegare nelle proprie escrezioni, gli insetti ricoprono il fluido appiccicoso con particelle di cera, creando minuscole biglie liquide con uno strato esterno idrofobo a cui non possono aderire.

Gli scienziati hanno capito rapidamente il valore di un tale sistema per il trasporto di piccole quantità di liquido intatto su una superficie senza "bagnarla". Ulteriori applicazioni per marmi liquidi includono reattori biochimici in miniatura e monitoraggio dell'inquinamento.

"Anche se la superficie dell'acqua di un marmo liquido è ricoperta da particelle idrofobe (idrorepellenti), possono ancora evaporare più velocemente delle gocce d'acqua nude. Questo fatto controintuitivo ha alimentato la nostra curiosità, "dice Adair Gallo Jr, il dottorato studente che ha lavorato allo studio insieme a Himanshu Mishra e colleghi.

Attualmente, c'è una comprensione incompleta di come la dimensione delle particelle, l'attrito tra le particelle e le interazioni liquido-particella influenzano il comportamento di evaporazione dei marmi. Il team ha studiato marmi formati da particelle di diversa natura idrofoba, rugosità e dimensioni della superficie, varia da nano a micro.

Utilizzando immagini ad alta velocità, Gallo ha scoperto che le interazioni liquido-particella e particella-particella hanno influenzato in modo critico il comportamento di evaporazione, e li raggruppò in tre casi. in primo luogo, marmi formati da particelle con elevata adesione liquido-particella e moderato attrito interparticellare hanno mantenuto intatta la loro superficie totale mentre si sgonfiavano, portando a un'evaporazione più rapida e a forme appiattite. La maggior parte degli esempi di marmo rientrava in questa categoria.

Per il secondo caso, Gallo ha sperimentato particelle di silice su microscala rivestite con particelle su nanoscala che mostravano un'ultra idrorepellenza.

"Mentre questi liquidi marmi evaporavano, espellevano particelle dalla loro superficie e rimanevano sferiche; non ci aspettavamo di vedere questo, " dice Gallo. "Questo accade a causa di forze molto basse tra particella liquida e interparticellare. Curiosamente, questo caso ha mostrato gli stessi tassi di evaporazione delle gocce d'acqua nude".

Il terzo caso riguardava nanoparticelle appiccicose che interagivano strettamente tra loro ma non con il liquido all'interno. Quando il liquido è evaporato, le particelle sono state spinte fuori dalla superficie dell'acqua per formare un rivestimento multistrato. I marmi hanno mantenuto una forma sferica ma sono evaporati a velocità molto più lente a causa degli strati di particelle più spessi.

Il team ha utilizzato questi dati per costruire un modello matematico che predice accuratamente il comportamento di evaporazione di tutti i marmi liquidi studiati in questo lavoro e in numerosi altri rapporti pubblicati.

"La nostra ricerca guidata dalla curiosità ha portato a un solido quadro analitico per pensare a questi oggetti morbidi e morbidi, "dice Mishra.