Los científicos han descubierto que el agua genera mucha más carga a medida que se mueve a través de las superficies de lo que se pensaba anteriormente, especialmente cuando se adhiere a pequeños obstáculos y se desliza sobre ellos. Este nuevo descubrimiento podría revolucionar el diseño de superficies, permitiendo un almacenamiento de combustible más seguro, un mejor almacenamiento de energía y una tecnología de carga más rápida.
Investigadores de la Universidad RMIT y la Universidad de Melbourne han descubierto que la carga generada por el agua a medida que se mueve por la superficie es 10 veces más fuerte de lo que se pensaba anteriormente.
El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Joe Berry, el Dr. Peter Sherrell y la profesora Amanda Ellis, descubrió que cuando una gota de agua encuentra pequeños bultos o puntos ásperos en la superficie, gana fuerza hasta que de repente "salta" o "se desliza" más allá del obstáculo. Este movimiento crea una carga duradera que los científicos nunca antes habían observado.
Esta nueva comprensión del movimiento "stick-slip" del agua abre la puerta al diseño de superficies que pueden controlarse electrificadas. Las aplicaciones potenciales incluyen mejorar la seguridad del almacenamiento de combustible, mejorar el almacenamiento de energía y aumentar la eficiencia de carga.
Sherrill, cuya investigación en la Facultad de Ciencias de la Universidad RMIT se centra en capturar y aprovechar la energía eléctrica del medio ambiente, dijo: "La mayoría de las personas observarán la lluvia goteando aleatoriamente desde una ventana o el parabrisas de un automóvil, pero no son conscientes de que el agua de lluvia genera una carga eléctrica débil. Anteriormente, los científicos pensaban que este fenómeno ocurría cuando el líquido abandona la superficie, es decir, cuando cambia de húmedo a seco. En este trabajo, "Hemos demostrado que cuando el líquido toca por primera vez la superficie, es decir, de seco a húmedo, se forma una carga. Se genera una carga que es 10 veces más fuerte que la carga húmeda a seca. Es importante destacar que nuestro estudio no señala exactamente dónde se produce esta carga, pero muestra claramente que se genera en la interfaz y puede permanecer en la gota a medida que se mueve por la superficie".
"A medida que comenzamos a adoptar los nuevos combustibles inflamables renovables necesarios para la transición al cero neto, es importante comprender cómo y por qué los líquidos generan cargas a medida que fluyen sobre las superficies", dijo Berry, experto en dinámica de fluidos del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Melbourne. "La descarga eléctrica dentro de un contenedor de combustible que contiene líquidos inflamables es extremadamente peligrosa, por lo que es necesaria la instalación de un cargador después de que el líquido se haya movido. Este conocimiento puede ayudarnos a diseñar recubrimientos que puedan reducir la carga en combustibles nuevos. Actualmente, para los combustibles existentes, la acumulación de carga se puede reducir limitando el flujo, usando aditivos u otras medidas".
En el estudio, publicado en Physical Review Letters, el equipo estudió este efecto de carga utilizando agua y materiales utilizados en politetrafluoroetileno (PTFE).
El teflón es un plástico comúnmente utilizado en tuberías y otros materiales para el manejo de fluidos, pero no conduce electricidad, lo que significa que la carga generada no se puede eliminar de manera segura ni fácil.
El equipo midió la carga y el área de contacto creada cuando las gotas de agua se propagan y contraen en una placa plana de teflón, simulando efectivamente el movimiento de una gota de agua en la superficie, y luego usó una cámara especializada para capturar cuadros individuales de la gota adhiriéndose y deslizándose mientras midía los cambios en la carga.
"Tuvimos la suerte de contar con tres excelentes estudiantes de maestría en ingeniería química que nos ayudaron a configurar y ejecutar nuestros experimentos como parte del curso de la Universidad de Melbourne", dijo Berry.
El primer autor, Shuaijia Chen, estudiante de doctorado en la Universidad de Melbourne, dijo que la carga generada cuando el agua entra en contacto por primera vez con la superficie es la que más cambia, de 0 a 4,1 nanoculombios (nC).
A medida que el agua interactúa con la superficie, alternando entre fases húmedas y secas, la carga oscila entre aproximadamente 3,2 y 4,1 nanoamperios.
"Para poner esto en perspectiva, la cantidad de carga generada por el agua que se mueve a través de la superficie del teflón es más de un millón de veces menor que el choque electrostático que se puede recibir al saltar junto a alguien en un trampolín. Esta cantidad de carga puede parecer trivial, pero este descubrimiento podría conducir a innovaciones que mejoren o amortigüen la carga generada por las interacciones líquido-superficie en una variedad de aplicaciones prácticas", dijo Chen.
El equipo dice que el impacto de esta investigación depende del desarrollo conjunto de tecnologías comerciales con futuros socios de la industria.
Los investigadores planean estudiar el fenómeno stick-slip en otros tipos de líquidos y superficies.
"La cantidad de carga y la tasa de carga en otras interacciones entre líquidos y materiales de la superficie podrían ser relevantes para una variedad de posibles aplicaciones comerciales", dijo Sherrell. "Planeamos estudiar cómo el movimiento stick-slip afecta el diseño seguro de los sistemas de manipulación de fluidos, como los utilizados para almacenar y transportar amoníaco e hidrógeno, así como métodos para recuperar energía eléctrica del movimiento de líquidos en dispositivos de almacenamiento de energía y acelerar la carga".
Compilado de /ScitechDaily