Entendre els fluids a petita escala utilitzant col·loides

Els col·loides són partícules prou petites per no pesar gaire, de manera que no sedimenten si es dispersen en un fluid —sigui aire o aigua—; però no són prou petites per dissoldreʼs en aquest fluid. Les partícules col·loïdals poden tenir una mida des dʼ1 nanòmetre (que és una milionèsima part dʼun mil·límetre) fins a 1 mil·límetre, i poden estar formades per nombrosos components diferents.

Al laboratori, els investigadors han utilitzat una mescla col·loïdal de partícules esfèriques i cadenes polimèriques molt interessant per entendre com es comporten els fluids en canals extremament petits. La mida de les partícules dʼaquesta mescla és dʼaproximadament 200 nanòmetres, de manera que encaixen perfectament en la classificació de partícules col·loïdals. Un col·loide és enorme en comparació dʼuna molècula dʼaigua; tanmateix, és una partícula minúscula si es compara amb un canal de microfluids. En aquesta escala, el col·loide sembla una massa petita. 

Lʼaspecte més interessant dʼaquesta mescla col·loïdal és que les cadenes polimèriques poden comprimir-se entre les partícules esfèriques, una manera dʼestrènyer-se. Aquest efecte al final té com a conseqüència la creació dʼuna mescla de dues fases, molt similar a tenir lʼoli separat de lʼaigua.

Utilitzant aquests líquids engrandits, els investigadors han estudiat diversos fenòmens en microcanals. Canviant la mida dels canals, van poder posar al descobert, en gran detall, com interactua un fluid amb els límits que el confinen. Aquest coneixement es pot utilitzar per controlar la formació de gotes, dolls i llengües només un centenar de vegades més grans que la mida dʼuna partícula col·loïdal. Significativament, la mida de les partícules col·loïdals ha possibilitat que sʼobservi la dinàmica de fluids en la seva màxima esplendor en un confinament tan extrem utilitzant només tècniques òptiques directes, una cosa que hauria estat impossible fer amb un líquid comú com lʼaigua. 

Per tant, aquesta tècnica senzilla té molt potencial per fer avançar el nostre coneixement de com es comporten els fluids a petites escales. Perquè les partícules col·loïdals tinguin la funció dels àtoms molt grans, molts dels fenòmens descoberts utilitzant col·loides es poden traslladar per conèixer el comportament dʼaltres líquids, com lʼaigua, de la mateixa manera que es poden fer servir la llet i una llanterna per entendre les postes de sol. Utilitzar el coneixement dʼun sistema per entendreʼn un altre no és una propietat única dels nostres col·loides; és un principi subjacent al funcionament de la física per explicar el món que ens envolta, i descobrir aquesta generalitat és, potser, un dels aspectes més meravellosos de tot això. 

En aquesta recerca, liderada pel professor Rodrigo Ledesma Aguilar, de la Universitat de Northumbria (Regne Unit), hi han participat el professor Ignacio Pagonabarraga, del  Departament de Física Fonamental, i la professora Aurora Hernández Machado, del Departament dʼEstructura i Constituents de la Matèria, tots dos de la Universitat de Barcelona.

Referència de l'article

S. A. Setu, R. Dullens, A. Hernández Machado, I. Pagonabarraga, D. Aarts i R. Ledesma Aguilar. «Superconfinement tailors fluid flow at microscales». Nature Communications, juny de 2015. Doi: :10.1038/ncomms8297

Més informació en aquest enllaç