I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'Università di Hong Kong (HKU) hanno compiuto un importante passo avanti nella manipolazione delle goccioline. Hanno scoperto un modo innovativo per navigare i liquidi su una superficie in assenza di forza o energia esterna.

La gocciolina assomiglia a una palla. Il controllo delle gocce in piano è simile allo snooker in cui le palle sono dirette a muoversi lungo la traiettoria desiderata, una caratteristica molto apprezzata per la gestione termica, desalinizzazione, autoconsegna dei materiali, e numerose altre applicazioni.

Convenzionalmente, i ricercatori fabbricano gradienti di bagnatura chimica o microstrutture asimmetriche per guidare la gocciolina in movimento, simile alla progettazione di un nastro trasportatore per trasportare le palline. Per la prima volta, RGC post-dottorato Dr. TANG Xin, Borsista post-dottorato Dr. LI Wei, WANG Liqiu del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della HKU ha scoperto che quando una goccia fredda/calda o volatile viene liberata su un cristallo piezoelettrico lubrificato (niobato di litio) a temperatura ambiente, la goccia si spinge istantaneamente per una lunga distanza (che può essere ~50 volte il raggio della goccia) in percorsi biforcuti. A seconda del piano cristallino che si interfaccia con la gocciolina, l'autopropulsione può essere unidirezionale, biforcato, e persino triforcato.

La scoperta è stata pubblicata su Nanotecnologia della natura in un articolo intitolato "Motilità delle goccioline forcate su superfici cristalline".

"Si tratta di un fenomeno imprevisto con implicazioni di vasta portata. Le goccioline con una differenza di temperatura mite a 5 ° C su una superficie possono subire una propulsione autosufficiente. Immagina di posizionare una palla su un tavolo perfettamente livellato e liscio, invece di rimanere statico, la palla rotola da sola. Ancora più sorprendente è che la palla rotola automaticamente solo verso determinate direzioni definite, ", ha affermato il professor Wang Liqiu.

I ricercatori hanno scoperto che il movimento del liquido intrinsecamente orientato è alimentato dall'accoppiamento termo-piezoelettrico su larga scala causato dall'anisotropia della struttura cristallina. Ciò assomiglia al fatto che un tavolo liscio è disposto atomicamente in un modo insolito in modo tale che una fonte di calore simmetrica possa produrre un campo elettrico asimmetrico che guida una palla in movimento in una direzione determinata dalla direzione di taglio della superficie del tavolo.

"Il lavoro consente un modo innovativo per fornire e trasportare liquidi con controllabilità, versatilità e prestazioni, e fornisce indizi per risolvere alcune sfide di vecchia data come l'antigelo, sbrinamento e antiappannamento in ambienti umidi, " ha detto il dottor Tang Xin.

Quando una goccia colpisce un substrato super raffreddato come quello di un'ala di aeroplano e un cavo di alimentazione, si congela rapidamente e aderisce alla superficie. In questo caso, la forza elettrica spontanea generata dal cristallo può perturbare la gocciolina nucleante, potenzialmente diminuendo l'adesione interfacciale e ritardando l'accrescimento dannoso del ghiaccio.

L'autopropulsione migliorerà anche le prestazioni della condensa a goccia rimuovendo la condensa in crescita dalla superficie, la barriera termica, e quindi potenzialmente fornendo una soluzione molto promettente per la manipolazione delle gocce nello spazio dove è assente lo spargimento di gocce assistito dalla gravità.

Inoltre, i percorsi biforcati possono essere scelti selettivamente aggiungendo disturbi esterni come sottili campi elettrici. In questo modo, la superficie può fungere da valvola planare a due o tre vie per erogare goccioline contenenti informazioni, carichi chimici o biologici.

"Chiaramente, questo nuovo approccio alla manipolazione dei liquidi funziona per un'ampia varietà di liquidi e cristalli piezoelettrici, aprendo quindi opportunità per ulteriori ricerche, e lo sviluppo di nuovi materiali e tecnologie, " ha detto il dottor Li Wei.