Indagando sobre la condensación del agua a escala nanométrica
Cuando dos superficies se tocan en un ambiente húmedo, la humedad forma puentes de agua o capilares entre ellas. En nuestra escala de dimensiones habituales, este proceso, conocido como nucleación o formación de núcleos, ayuda a sostenerse a los castillos de arena y al hormigón recién añadido a una construcción, y es crítico en la formación de nubes. Pero a veces estas estructuras pueden ser menos útiles, causando la suficiente fricción para ralentizar o incluso detener las máquinas de tamaño nanométrico, o, durante el procesamiento de alimentos, crear terrones más grandes de azúcar, sal, cereales o café.
Estudiando las fuerzas de fricción que actúan en la punta de un microscopio AFM que se desliza sobre una superficie de cristal, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han demostrado por primera vez que la formación de estos capilares se activa térmicamente. Su estudio sugiere que puede ser posible reducir la adherencia entre superficies mediante la disminución de la temperatura, y poniendo en movimiento las superficies nanométricas antes de que los puentes de agua tengan tiempo de formarse.
"Cuando algo se mueve muy despacio, hay tiempo para que se forme un capilar en cada protuberancia diminuta o aspereza de la superficie", explica Elisa Riedo, profesora en la Escuela de Física del Tecnológico de Georgia. "Pero cuanto más veloz es el movimiento, menos capilares se forman. Con la rapidez suficiente, los capilares no tienen tiempo de formarse".
Elisa Riedo y Robert Szoszkiewicz. ((Foto: Georgia Tech/Gary Meek))
Entender la relación entre tiempo de nucleación y temperatura podría ser crucial para los diseñadores de dispositivos muy pequeños que deben operar en presencia de humedad, así como para los alimentos procesados industrialmente. Como la formación de los capilares afecta a la fricción y a la adherencia entre las partículas, si entendemos esta relación podemos comprender cómo las pequeñas partículas y las nanosuperficies se pegan entre sí.
Más allá de las aplicaciones en la ciencia atmosférica, la industria alimentaria y la maquinaria deslizante a escala nanométrica, los resultados hacen pensar en otra manera de controlar el flujo de tinta en la nanolitografía de pluma mojada o "dip-pen". En ese proceso, la tinta que fluye de la punta de un microscopio AFM es utilizada para dibujar modelos a escala nanométrica que podrían ser útiles en procesos como la litografía de los semiconductores.
