Notícias

Aug 06, 2023

Para espalhar ou deslizar? Cientistas descobrem como f

Decifrando como os materiais macios são espalhados com uma placa Imagem da Universidade Metropolitana de Tóquio: À medida que a velocidade da placa aumenta, a espuma não se espalha mais uniformemente, mas flutua sobre uma camada de líquido.

Decifrando como os materiais macios são espalhados com uma placa

Universidade Metropolitana de Tóquio

imagem: À medida que a velocidade da placa aumenta, a espuma não se espalha mais uniformemente, mas flutua sobre uma camada de líquido. Em velocidades ainda mais rápidas, um fino rastro de espuma é deixado para trás.Veja mais

Crédito: Universidade Metropolitana de Tóquio

Tóquio, Japão – Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio descobriram a física por trás de como as espumas se espalham nas superfícies. Bolas de espuma colocadas sobre um substrato plano foram raspadas com uma placa e observadas. Eles identificaram diferentes padrões que dependem fortemente da velocidade de raspagem, governados por fenômenos físicos concorrentes. Suas descobertas se aplicam a todos os tipos de materiais macios que precisam ser espalhados uniformemente nas superfícies, desde maionese no pão até isolamento nas paredes.

Quer se trate de espuma de barbear, espuma isolante nas paredes ou margarina em torradas, o espalhamento de materiais macios em superfícies planas é um processo importante, tanto do ponto de vista prático e quotidiano como da otimização dos processos industriais. No entanto, surpreendentemente pouco se sabe sobre o comportamento de espalhamento das espumas, particularmente quando se trata de como uma lâmina plana ou placa pode raspá-las pela superfície formando uma camada.

Isso inspirou pesquisadores liderados pelo professor Rei Kurita, da Universidade Metropolitana de Tóquio, a examinar mais de perto o que está acontecendo. Eles criaram pequenas cúpulas de espuma de detergente sobre uma superfície plana e rasparam-nas com uma placa de acrílico, tomando cuidado para manter fixa a distância entre a placa e a superfície. Todo o processo foi observado em profundidade com uma câmera de vídeo. Curiosamente, descobriram que a forma como a espuma se espalha muda completamente quando se varia a velocidade da placa, e quanta afinidade o líquido da espuma tem com a superfície, ou seja, se é hidrofílico (atrai água) ou hidrofóbico (repele água).

Numa superfície hidrofóbica, a baixas velocidades de raspagem, a espuma espalha-se uniformemente, criando uma longa secção com a mesma largura da cúpula original. Contudo, à medida que a velocidade aumenta, a espuma já não se espalha, mas desliza ao longo da superfície sobre uma fina camada de fluido; a placa se move deixando muito pouca espuma em seu rastro. Finalmente, nas velocidades mais altas que tentaram, o regime de espalhamento volta, só que agora, a largura da cauda da espuma é mais fina que a cúpula original. Por outro lado, numa superfície hidrofílica não havia vestígios do primeiro regime.

A diferença observada entre as duas superfícies levou a equipe a se concentrar no efeito de “umedecimento”, ou seja, se o líquido na espuma gosta de cobrir a superfície. Focando no aparecimento do regime de baixa velocidade, descobriram que em superfícies hidrofóbicas, as películas de detergente que compõem a espuma tendem a ancorar-se na superfície, uma vez que o líquido tende a “umedecer”. A imagem que surge é aquela em que a espuma é simplesmente espalhada progressivamente da cúpula pela placa à medida que ela se move. No entanto, se a espuma for forçada com rapidez suficiente para molhar a superfície, a espuma terá agora uma camada lubrificante na base. As paredes de espuma, também conhecidas como bordas do platô, não conseguem mais agarrar o substrato e travar-se no lugar. É por isso que uma placa mais rápida deixará uma fina seção de espuma onde a cúpula estava originalmente, mas empurrará o resto sobre uma fina camada de líquido, deixando apenas um rastro de líquido. A investigação investigou não apenas a velocidade da placa, mas também o efeito da largura da folga e da espessura da placa.

As descobertas da equipe lançam luz sobre as partes menos conhecidas de um fenômeno cotidiano, com impacto potencial significativo não apenas nas espumas, mas em uma gama mais ampla de materiais macios, sejam tintas, revestimentos protetores ou maionese.

Este trabalho foi apoiado pelos números de concessão JSPS KAKENHI 20K14431, 17H02945 e 20H01874.

Jornal de colóide e ciência de interface

10.1016/j.jcis.2023.07.023

Raspagem de espuma em um substrato

13 de julho de 2023