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Aug 06, 2023

¿Extenderse o deslizarse? Los científicos descubren cómo f

Descifrando cómo se extienden los materiales blandos con una placa Imagen de la Universidad Metropolitana de Tokio: A medida que aumenta la velocidad de la placa, la espuma ya no se distribuye uniformemente, sino que se desplaza sobre una lámina de líquido.

Descifrando cómo se esparcen los materiales blandos con un plato

Universidad Metropolitana de Tokio

Imagen: A medida que aumenta la velocidad de la placa, la espuma ya no se distribuye uniformemente, sino que se desplaza sobre una lámina de líquido. A velocidades aún más rápidas, queda un fino rastro de espuma.ver más

Crédito: Universidad Metropolitana de Tokio

Tokio, Japón – Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto la física detrás de cómo se esparcen las espumas sobre las superficies. Se rasparon con un plato bolas de espuma colocadas sobre un sustrato plano y se observaron. Identificaron diferentes patrones que dependen en gran medida de la velocidad de raspado, regidos por fenómenos físicos en competencia. Sus hallazgos se aplican a todo tipo de materiales blandos que deben esparcirse uniformemente sobre las superficies, desde mayonesa sobre pan hasta aislamiento en las paredes.

Ya sea espuma de afeitar, espuma aislante en las paredes o margarina sobre una tostada, esparcir materiales blandos sobre superficies planas es un proceso importante, tanto desde el punto de vista práctico y cotidiano como desde el punto de vista de la optimización de los procesos industriales. Sin embargo, sorprendentemente se sabe poco sobre el comportamiento de dispersión de las espumas, particularmente cuando se trata de cómo una cuchilla o placa plana puede rasparlas a través de la superficie hasta formar una capa.

Esto inspiró a los investigadores dirigidos por el profesor Rei Kurita de la Universidad Metropolitana de Tokio a observar más de cerca lo que está sucediendo. Crearon pequeñas cúpulas de espuma de detergente sobre una superficie plana y las rasparon con una placa acrílica, teniendo cuidado de mantener fija la distancia entre la placa y la superficie. Todo el proceso fue observado en profundidad con una cámara de vídeo. Curiosamente, descubrieron que la forma en que se extiende la espuma cambia completamente cuando se varía la velocidad de la placa, y cuánta afinidad tiene el líquido de la espuma por la superficie, es decir, si es hidrófilo (atrae agua) o hidrófobo (repele agua). agua).

Sobre una superficie hidrofóbica, a bajas velocidades de raspado, la espuma se esparce uniformemente, creando una sección larga con el mismo ancho que la cúpula original. Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad, la espuma ya no se propaga sino que se desliza a lo largo de la superficie sobre una fina capa de fluido; la placa avanza dejando muy poca espuma a su paso. Finalmente, a las velocidades más altas que probaron, el régimen de dispersión vuelve, solo que ahora, el ancho de la cola de espuma es más delgado que el de la cúpula original. En cambio, sobre una superficie hidrófila, no había rastro del primer régimen.

La diferencia observada entre las dos superficies llevó al equipo a centrarse en el efecto de "mojar", es decir, si al líquido de la espuma le gusta cubrir la superficie. Centrándose en la apariencia del régimen de baja velocidad, descubrieron que en superficies hidrófobas, las películas de detergente que forman la espuma tienden a anclarse en la superficie ya que el líquido tiende a "deshumedecerse". La imagen que surge es aquella en la que la placa simplemente extiende progresivamente la espuma desde la cúpula a medida que se mueve. Sin embargo, si la espuma se empuja lo suficientemente rápido como para mojar la superficie, la espuma ahora tiene una capa lubricante en la base. Las paredes de espuma, también conocidas como bordes de meseta, ya no pueden agarrar el sustrato y fijarse en su lugar. Esta es la razón por la que una placa más rápida dejará una delgada sección de espuma donde originalmente estaba la cúpula, pero empujará el resto sobre una fina capa de líquido, dejando nada más que un rastro de líquido. La investigación no sólo analizó la velocidad de la placa, sino también el efecto del ancho de la ranura y el grosor de la placa.

Los hallazgos del equipo arrojan luz sobre las partes menos conocidas de un fenómeno cotidiano, con un impacto potencial significativo no sólo en las espumas, sino también en una gama más amplia de materiales blandos, ya sea pintura, revestimientos protectores o mayonesa.

Este trabajo fue apoyado por los números de subvención JSPS KAKENHI 20K14431, 17H02945 y 20H01874.

Revista de ciencia de interfases y coloides

10.1016/j.jcis.2023.07.023

Raspado de espuma sobre un sustrato.

13-jul-2023

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