Los científicos descubren estrategias simples para pegar espuma a las paredes

Los científicos descubren estrategias simples para pegar espuma a las paredes


12 de marzo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto un mecanismo único mediante el cual la espuma de las paredes se drena y se desliza con el tiempo. Demostraron cómo una espuma puede perder líquido al «pellizcarse», como las gotas de un grifo, y descubrieron que la cantidad de líquido y la extensión de la espuma determinan exactamente cómo se drena (materia blanda, «Pinch-off de una gota de espuma en una celda Hele-Shaw»). Es importante destacar que identificaron umbrales entre los regímenes de drenaje que son comunes a diferentes espumas y que pueden aplicarse a los materiales de espuma cotidianos.

Cuando se trata de la limpieza de primavera, muchos se enfrentan a la tarea de rociar las paredes con varios productos de espuma disponibles comercialmente para desengrasar, limpiar o pulir. Situaciones similares surgen al afeitarse, aplicar selladores o recubrimientos protectores, o desinfectar superficies. En todos estos ejemplos, el tiempo que la espuma permanece estable frente a la gravedad juega un papel crucial en la forma en que realizan su tarea.

Una crema de afeitar, por ejemplo, no serviría de nada si caduca antes de que terminemos de afeitarnos. Un impacto más serio sería la desinfección de espumas que caducaron antes de que se trataran patógenos peligrosos. Por lo tanto, comprender los mecanismos básicos de cómo las espumas se adhieren a las superficies es un tema de interés tanto para los científicos como para la industria. Las espumas pueden caer sobre las paredes de diferentes maneras. Los líquidos en las espumas fluyen hacia abajo a través de los bordes de la meseta bajo la acción de la gravedad. Esto crea un charco de líquido en el fondo, que puede pellizcar o simplemente permanecer en el fondo mientras la espuma se desliza hacia abajo. (Imagen: Universidad Metropolitana de Tokio)

La profesora asistente de la Universidad Metropolitana de Tokio, Marie Tani, y el profesor Rei Kurita utilizaron espumas simples para tratar de comprender exactamente cómo se drenan y desarrollan las espumas.

Al examinar una espuma bidimensional atrapada entre dos superficies planas, descubrieron que la espuma no siempre se deslizaba hacia abajo por la gravedad. Las espumas consisten en líneas de conexión entre burbujas, llamadas límites de meseta, que también forman un canal de líquido conectado. Bajo la gravedad, el líquido en la espuma tiende a seguir estos canales y encuentra su camino hacia el punto más bajo, haciendo que el fondo esté más húmedo que la parte superior.

A veces descubrieron que este exceso de líquido podía formar un hilo que se extendía hacia abajo desde la vejiga inferior antes de romperse. Esto es similar a un fenómeno llamado «pellizco» que se observa comúnmente con las gotas que cuelgan de los grifos. La pérdida repentina y drástica de líquido puede desestabilizar significativamente las espumas. Aunque el trabajo anterior había analizado el pellizco de líquidos espumosos, este fue el primer estudio que destacó cómo se produce el pellizco específicamente para el líquido dentro de las espumas.

A través de una extensa experimentación, el equipo descubrió que varios parámetros clave determinaban si las espumas caían por deslizamiento gradual o por oclusión de fluidos. Uno era la cantidad de líquido en la espuma. Una espuma más húmeda tendría más acumulación de líquido en el fondo, lo que haría que las espumas más grandes fueran más inestables.

Las espumas más secas permitirían áreas de espuma más grandes a medida que se recolecta menos líquido, con el beneficio adicional de un drenaje más lento, lo que hace que el pinch-off sea más lento incluso si eventualmente sucede. También confirmaron sus resultados para espumas tridimensionales en paredes verticales y formularon valores de umbral simples para la aparición de pellizcos.

Las reglas universales descubiertas por el equipo prometen principios de diseño claros para las nuevas espumas, especialmente aquellas que necesitan permanecer estables por más tiempo bajo la gravedad. Una aplicación menos frecuente significa menos desperdicio y hace que el uso sea más eficiente y sostenible tanto en entornos domésticos como industriales.



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