Fsicos criam gotas quadradas e redes fluidas


Nanotecnologia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 16/09/2021

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As estruturas so inditas e totalmente controladas por eletricidade – elas podem ser ligadas e desligadas.
[Imagem: Geet Raju et al. – 10.1126/sciadv.abh1642]

A chatura do equilbrio termodinmico

Quando juntamos duas substncias, elas acabam se acomodando em um estado estacionrio que chamamos de “equilbrio termodinmico”. No dia a dia, vemos exemplos disso quando o leo flutua sobre a gua ou quando o leite se mistura uniformemente com o caf.

Fsicos da Universidade Aalto, na Finlndia, acharam tudo isso muito entediante e partiram ento para tentar interromper esse tipo de equilbrio para ver o que acontece – e se eles poderiam controlar o resultado.

“As coisas em equilbrio tendem a ser muito chatas,” disse o professor Jaakko Timonen. ” fascinante tirar os sistemas do equilbrio e ver se as estruturas fora do equilbrio podem ser controladas ou teis. A prpria vida biolgica um bom exemplo de comportamento verdadeiramente complexo em um monte de molculas que esto fora do equilbrio termodinmico.”

Para tornar as coisas menos enfadonhas, a equipe usou combinaes de leos com diferentes constantes dieltricas e diferentes condutividades e, em seguida, aplicou um campo eltrico s misturas.

“Quando ligamos um campo eltrico sobre a mistura, a carga eltrica se acumula na interface entre os leos. Esta densidade de carga tira a interface do equilbrio termodinmico e [a coloca] em formaes interessantes,” explicou Nikos Kyriakopoulos, membro da equipe.

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Algumas das estruturas criadas pela equipe.
[Imagem: Geet Raju et al. – 10.1126/sciadv.abh1642]

Gotas quadradas e redes lquidas

Alm de serem perturbados pelo campo eltrico, os lquidos ficaram confinados em uma folha fina, quase bidimensional. Essa combinao levou remodelao dos leos em vrias gotas e padres completamente inesperados.

Controlando o campo eltrico, as gotculas podem ser transformadas em quadrados e hexgonos com lados retos, o que quase impossvel na natureza, onde pequenas bolhas e gotculas tendem a formar esferas.

Os dois lquidos tambm podem ser transformados em redes interconectadas: Padres matriciais que ocorrem regularmente nos materiais slidos, mas so inditos em misturas de lquidos. Os lquidos podem at ser forados a formar um anel, que se mostrou estvel e manteve sua forma enquanto o campo eltrico era mantido – ao contrrio da natureza, j que os lquidos tm uma forte tendncia a colapsar e preencher o buraco no centro. Os lquidos tambm podem formar filamentos que rolam e giram em torno de um eixo.

“Todas essas formas estranhas so causadas e sustentadas pelo fato de que elas so impedidas de colapsar de volta ao equilbrio pelo movimento das cargas eltricas que se acumulam na interface,” disse Geet Raju, principal responsvel pelo experimento.

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uma verdadeira geometria lquida – de fato entusiasmante.
[Imagem: Aalto University]

Aplicaes prticas

Alm do ineditismo dessas bolhas quadradas e redes lquidas, a demonstrao abre a possibilidade de criar estruturas temporrias, com tamanho controlado e bem definido, que podem ser ligadas e desligadas com eletricidade, uma rea que os pesquisadores esto interessados em explorar mais para a criao de dispositivos pticos controlados eletricamente.

Outro fruto potencial a capacidade de criar populaes interagentes de microfilamentos e microgotculas que, em algum nvel elementar, imitem a dinmica e o comportamento coletivo de microrganismos, como bactrias e microalgas, que se propelem usando mecanismos completamente diferentes.

Bibliografia:

Artigo: Diversity of non-equilibrium patterns and emergence of activity in confined electrohydrodynamically driven liquids
Autores: Geet Raju, Nikos Kyriakopoulos, Jaakko V. I. Timonen
Revista: Science Advances
Vol.: 7, Issue 38
DOI: 10.1126/sciadv.abh1642

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