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Las formas con 'cargas capilares' se autoensamblan en la superficie de los líquidos
Cuando un líquido entra en contacto con un sólido, la superficie del líquido se deforma debido a las fuerzas entre las diferentes moléculas involucradas. Estas llamadas fuerzas capilares pueden levantar el líquido en la interfaz o deprimirlo. Mucho depende de las fuerzas intramoleculares involucradas, pero la forma del sólido también juega un papel.
Estas fuerzas conducen a fenómenos importantes y familiares. El proceso de mecha es uno, en el que un líquido se extrae por un tubo estrecho contra la gravedad. Este es uno de los principales procesos mediante los cuales los árboles y las plantas extraen agua del suelo.
Pero también hay aplicaciones menos conocidas. Una idea es utilizar fuerzas capilares para hacer que las partículas flotantes se autoensamblen en formas más grandes y complejas.
Hoy, Nicolas Vandewalle y sus compañeros de la Universidad de Lieja en Bélgica han desarrollado una forma completamente nueva de manipular las fuerzas capilares para estructuras autoensambladas. El truco que estos tipos han perfeccionado es crear fuerzas tanto atractivas como repulsivas controlando cuidadosamente la forma de las partículas que quieren ensamblar. Nuestro método se basa en la creación de multipolares capilares que inducen fuerzas atractivas o repulsivas, dicen.
Una forma de crear fuerzas tanto atractivas como repulsivas es cubrir los bloques de construcción con revestimientos hidrófobos o hidrófilos. Esto crea diferentes 'cargas' capilares. Y dado que las cargas opuestas se atraen mientras que las cargas similares se repelen, esto puede aprovecharse durante el autoensamblaje.
Pero ese es un negocio que requiere mucho tiempo, particularmente cuando diferentes partes del mismo bloque de construcción deben ser atractivas y repulsivas y requieren diferentes recubrimientos.
Mucho más fácil sería una forma de fabricar los bloques de construcción en un solo paso con las cargas capilares requeridas. Y eso es exactamente lo que han hecho Vandewalle y compañía.
Estos chicos muestran cómo doblar los bloques de construcción, de modo que ya no sean planos en relación con la superficie del líquido, puede inducir diferentes cargas capilares.
Y han utilizado una impresora 3D para hacer bloques de construcción de unos pocos milímetros de tamaño con las formas necesarias para crear multipolares capilares. Luego han observado cómo se ensamblan cuando flotan en el agua.
La técnica es sencilla. Una vez diseñados e impresos los bloques de construcción, los colocan sobre una malla de alambre, dispuestos al azar, y luego lo bajan lentamente al tanque de agua. Luego observan los bloques de construcción mientras flotan en la superficie y se fusionan.
Los resultados son interesantes. Muestran claramente cómo los bloques de construcción especialmente diseñados se ensamblan en formas a gran escala que preservan la simetría de los bloques de construcción individuales. De hecho, en un ejemplo, 35 bloques de construcción se ensamblan en un pentágono perfecto. Este trabajo abre nuevas perspectivas en el autoensamblaje, dicen Vandewalle y compañía.
Y dicen que combinar la técnica con imanes podría permitir el autoensamblaje de formas 3D.
Ese es un avance potencialmente importante para el ensamblaje mesoscópico. Y los bloques de construcción se pueden hacer considerablemente más pequeños, ya que las fuerzas capilares actúan a escalas hasta el rango micrométrico.
Vandewalle y compañía no discuten cómo pretenden utilizar esta nueva técnica, que les da a los lectores de Technology Review la excusa perfecta para intervenir con algunas ideas propias. Sugerencias en la sección de comentarios a continuación, por favor.
Ref: arxiv.org/abs/1310.4847 : Personalización del autoensamblaje de mesoescala con impresión 3D