Nuovo studio sul comportamento delle nano gocce

Alciun ricercatori dell'Università di Warwick hanno riscritto la teoria classica di Raleigh-Plateau risalente al 19° secolo per descrivere la fisica su scala nanometrica.

La nuova teoria sviluppata da Chengxi Zhao, James Sprittles e Duncan Lockerby, punta a comprendere come i nano getti liquidi si rompono in goccioline.

Le simulazioni al computer di molecole hanno mostrato ai ricercatori dell'Università di Warwick che le goccioline provenienti da un nano erogatore differirebbero da quelle prodotte da un rubinetto domestico, che sono più grandi di un milione di volte.

L’instabilità di Rayleght-Plateau, chiamata anche instabilità capillare, è un fenomeno fluidodinamico dovuto all'azione della tensione superficiale, che tende a destabilizzare un sistema fluido per crearne uno con lo stesso volume ma minore superficie. Esempio di instabilità capillare è dato la rottura di un getto, come quello di un rubinetto, in piccole gocce: inizialmente è cilindrico, ma ad un certo punto si rompe formando delle gocce.

Questo è un passaggio potenzialmente cruciale per una serie di nanotecnologie emergenti, ad esempio per la produzione di particelle di medicine di dimensioni nanometriche, di dispositivi on-chip per la diagnostica in situ e per le stampanti 3D in grado di ottenere una risoluzione di stampa in scala nanometrica.

Le simulazioni di getti liquidi, simili a un getto d'acqua che fuoriesce da un nano rubinetto, sono state utilizzate dai ricercatori dell'Università di Warwick per sondare la produzione di goccioline su scala nanoscopica.

Per farsi immediatamente comprendere, i ricercatori di Warwick esemplificano così: la riduzione di scala del getto domestico equivale a quella del Big Ben che si riduce alle dimensioni di un capello.

La rottura del getto d'acqua è stata descritta nella teoria spiegata da Rayleigh e Plateau nel 19° secolo. Ma la teoria è inadeguata se applicata su scala nanometrica, dove non si può ignorare l'inerzia delle molecole che produce nano onde sulle parti confinanti del liquido.

La nuova teoria sviluppata tiene conto di queste nano onde e può prevedere con precisione la produzione di nano gocce.

La teoria prevede che le goccioline siano più facili da produrre su scala nanometrica rispetto al rubinetto domestico, con le nano onde che agiscono per far scoppiare i getti che sarebbero classicamente stabili.

Per il Professor Duncan Lockerby della School of Engineering dell'Università di Warwick, "La ricerca si occupa dello sviluppo di nuove conoscenze per le tecnologie emergenti su scala nanometrica, utilizzando la simulazione per le tecniche di progettazione ed ricerca esemplifica questo sforzo con potenziali applicazioni nel settore manifatturiero e sanitario".

Lo studio "Revisiting the Rayleigh–Plateau instability for the nanoscale" è stato pubblicato in Open Access nel Journal of Fluid Mechanics.

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