Partículas impresas en 3D usan el efecto Marangoni para autopropulsarse

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Un equipo de físicos de la Universidad de Ámsterdam ha desarrollado partículas impresas en 3D capaces de propulsarse por sí mismas sobre la superficie de un fluido utilizando el efecto Marangoni.

El Efecto Marangoni en Acción
El efecto Marangoni ocurre cuando una gota con una menor tensión superficial que el fluido circundante se extiende por la superficie del fluido en lugar de mezclarse con él. Un ejemplo familiar de esto es el alcohol que se extiende sobre el agua hasta evaporarse. Aprovechando este fenómeno, los investigadores diseñaron partículas capaces de autopropulsarse mediante la liberación de alcohol como combustible.

Las partículas fueron impresas en 3D con una forma hueca similar a un disco de hockey, de aproximadamente un centímetro de diámetro. Su diseño hueco las hizo flotantes, y cada partícula incluía un tanque de combustible interno lleno de alcohol. Un pequeño agujero permitía que el alcohol escapara gradualmente cuando la partícula se colocaba sobre agua, generando un movimiento continuo de expansión que impulsaba la partícula hacia adelante.

Rendimiento y Observaciones
Los experimentos demostraron que concentraciones más altas de alcohol resultaban en movimientos más rápidos, alcanzando velocidades de hasta 6 centímetros por segundo. Los investigadores también descubrieron que las partículas podían moverse durante hasta 500 segundos antes de agotar su combustible. Se probaron partículas más grandes, y las interacciones entre varias partículas dieron lugar al efecto Cheerio, donde las partículas individuales se atraen y se mueven juntas, de manera similar a cómo los cereales se agrupan en la leche.

Aplicaciones Potenciales
Los investigadores sugieren que sus partículas autopropulsadas impresas en 3D podrían inspirar nuevas soluciones en aplicaciones ambientales e industriales. Algunos posibles usos incluyen:

Limpieza Ambiental: Estas partículas podrían ayudar en la recolección o eliminación de contaminantes de la superficie de un líquido.
Distribución Química: Las partículas podrían dispersar químicos de manera uniforme sobre la superficie de un fluido, ofreciendo una alternativa a los métodos tradicionales de mezcla.

Innovación a Través de la Fabricación Aditiva
Este trabajo destaca la versatilidad de la impresión 3D en la creación de diseños complejos y funcionales que interactúan dinámicamente con su entorno. Al combinar la fabricación aditiva con principios físicos fundamentales, el equipo de investigación ha abierto la puerta a aplicaciones novedosas en áreas que van desde la ciencia ambiental hasta el procesamiento industrial.

Para más detalles, el artículo completo está disponible en arXiv.

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El efecto Marangoni es un fenómeno físico que ocurre cuando hay una variación en la tensión superficial de un líquido, lo que provoca el movimiento de fluido desde las áreas de menor tensión superficial hacia las de mayor tensión. Este fenómeno se puede observar cuando una gota de líquido con menor tensión superficial se extiende sobre un líquido con mayor tensión, en lugar de mezclarse.

Un ejemplo común es cuando se vierte alcohol sobre agua: el alcohol, que tiene una tensión superficial menor que el agua, se extiende y se dispersa sobre la superficie del agua. El efecto Marangoni es crucial en procesos como la evaporación de líquidos, el comportamiento de las gotas sobre superficies y el diseño de sistemas que requieren control preciso de la dinámica de fluidos.

Este efecto también tiene aplicaciones en diversas áreas, como la microfluidos, la fabricación de materiales y la limpieza de superficies, ya que puede ser aprovechado para mover o distribuir partículas a través de líquidos sin la necesidad de fuerzas externas.