¿Deben seguir la corriente?
Si y cómo una solución polimérica fluirá en un material nanoporoso
La impresión con una impresora de chorro de tinta es parte de la vida cotidiana, pero la misma tecnología encuentra aplicaciones más complejas en la electrónica y en la separación de proteínas. Estas aplicaciones, consideradas futuristas hace sólo unas décadas, dependen de la calidad del proceso de impresión que depende del flujo de la "tinta" a través de los poros estrechos. Los investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación de polímeros han revelado ahora el mecanismo microscópico que rige este flujo.
El diámetro de los poros cambia la viscosidad de los líquidos basados en polímeros y por lo tanto su comportamiento de flujo.
© MPI-P
El flujo de agua en una tubería se rige principalmente por el diámetro de la tubería y la presión en su entrada y salida. En el caso de los tubos estrechos, el líquido todavía puede penetrar por acción capilar, pero las leyes físicas que rigen el flujo de la mezcla de líquido cambian drásticamente Esta desviación se hace aún más evidente cuando el líquido se vuelve más viscoso y/o la interacción del líquido con el interior del canal es más fuerte.
A menudo la tinta es un polímero - una molécula muy grande compuesta de muchas unidades que se repiten - en estado líquido. En principio, a los polímeros no les gusta entrar en los nanoporos porque en un espacio reducido pierden su libertad de movimiento (entropía). Sin embargo, lo hacen debido a la fuerza capilar que arrastra las cadenas. Una vez finalizado el proceso de impresión, estos polímeros se solidifican rápidamente, es decir, la tinta se seca.
En las aplicaciones de impresión de alta precisión, cuando la resolución es un factor clave, se hace importante poder "empujar" la "tinta" a través de canales muy estrechos. Pero sin experiencia previa, nunca se sabe con certeza si un polímero fluirá a través de un poro estrecho, cómo y cuándo lo hará, y cuál es la influencia de las propiedades microscópicas del polímero y las características del poro en el flujo. El grupo de George Floudas, profesor de la Universidad de Ioannina, Grecia, y líder del grupo en el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, Alemania, utiliza técnicas avanzadas para medir la dinámica del polímero durante el flujo y, por lo tanto, puede arrojar luz sobre el proceso real.
Sorprendentemente, los investigadores han observado que la presencia de un canal no sólo restringe el flujo, sino que también altera las propiedades físicas del polímero que fluye. Descubrieron que un poro estrecho puede aumentar la viscosidad del polímero. Esta observación puede explicarse por dos factores que compiten entre sí: por un lado, la fuerza capilar arrastra las cadenas dentro del poro, ayudando así al movimiento direccional a lo largo de los poros. Por otro lado, la capacidad de las cadenas para "contonearse" disminuye especialmente cerca de la superficie del poro, obstaculizando así su flujo. Este último efecto es consecuencia de la fuerte interacción del polímero con la superficie del poro. Domar la fuerza de las interacciones interfaciales podría ayudar a diseñar interfaces de polímeros con propiedades físicas controladas.
"Esperamos que, en el futuro, nuestros hallazgos puedan ser utilizados en aplicaciones como las impresoras o la electrónica, de modo que se pueda mejorar el rendimiento respectivo", dice George Floudas.
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