Folha de araucária inspira inédito transporte de líquidos nos dois sentidos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/09/2021

A folha de araucária serviu como inspiração para a criação do dispositivo que transporta líquidos num ou noutro sentido, dependendo de sua tensão superficial.
[Imagem: City University of Hong Kong]

Transporte direcional de líquidos

Inspirados pelas folhas da araucária, cientistas da Universidade Cidade de Hong Kong descobriram que a direção de espalhamento de diferentes líquidos depositados na mesma superfície pode ser direcionada, resolvendo um debate acadêmico que persistia há mais de dois séculos.

Esta descoberta promete desencadear uma nova onda de uso de estruturas de superfícies 3D para manipulação inteligente de líquidos, com profundas implicações para várias aplicações científicas e industriais, dos biochips microfluídicos aos sistemas de dutos e de transferência de calor na indústria e em veículos.

As folhas da araucária consistem em estruturas parecidas com catracas dispostas periodicamente e que se inclinam em direção à ponta da folha. Cada catraca tem uma ponta, com curvatura transversal e longitudinal em sua superfície superior e uma superfície inferior relativamente plana e lisa.

Foi o pesquisador Feng Shile que apanhou uma dessas folhas em um parque e a levou para o laboratório e, num clássico impulso de curiosidade científica, observou que líquidos com diferentes tensões superficiais fluíam em direções opostas pela folha, em total contraste com a compreensão convencional.

"O entendimento convencional é que um líquido depositado em uma superfície tende a se mover em direções que reduzem a energia superficial. Sua direção de transporte é determinada principalmente pela estrutura da superfície e nada tem a ver com as propriedades do líquido, como a tensão superficial," comparou o professor Xand Wang.

Mas a folha de araucária não seguiu essas lições clássicas da física, desenvolvendo seu próprio modo de lidar com os líquidos.

Teste do material com água e etanol.
[Imagem: City University of Hong Kong]

Tensão superficial

Shile então partiu para montar estruturas sintéticas inspiradas na folha da araucária, reproduzindo as estruturas em forma de catraca, de tamanho milimétrico, em uma impressora 3D.

A equipe descobriu que as estruturas e o tamanho das catracas - especialmente a estrutura reentrante na extremidade - o espaçamento ponta a ponta e o ângulo de inclinação das catracas são cruciais para a direção que o líquido irá tomar na folha.

No caso de líquidos com alta tensão superficial, como a água, cria-se uma fronteira do líquido na ponta da catraca; como o espaçamento ponta a ponta das catracas é comparável ao comprimento do capilar (milímetro) do líquido, o líquido pode retroceder contra a direção de inclinação da catraca. Por outro lado, no caso de líquidos com baixa tensão superficial, como o etanol, a tensão superficial atua como uma força motriz e permite que o líquido se mova ao longo da direção de inclinação da catraca.

Ainda mais interessante, os experimentos mostraram que uma mistura de água e etanol pode fluir em direções diferentes no material, dependendo da concentração de etanol. Uma mistura com menos de 10% de etanol propagou-se para trás, contra a direção de inclinação da catraca, enquanto uma mistura com mais de 40% de etanol propagou-se na direção de inclinação da catraca. Misturas de 10% a 40% de etanol se movem bidirecionalmente ao mesmo tempo, espalhando-se nos dois sentidos.

A equipe elucidou todos os elementos da folha da araucária que explicam esse comportamento nunca antes detectado.
[Imagem: City University of Hong Kong]

Bombeamento seletivo

Esta descoberta fornece uma estratégia eficaz para a orientação do transporte de líquidos, incluindo um "bombeamento" induzido pela estrutura interna do duto, além de aplicações emergentes, como dispositivos microfluídicos, aprimoramento da transferência de calor e classificação inteligente de líquidos.

"Nossa nova técnica de direcionamento de líquidos tem muitas vantagens, como transporte bem controlado, rápido e de longa distância com autopropulsão. E o [nosso dispositivo] pode ser facilmente fabricado sem micro ou nanoestruturas complicadas," concluiu o professor Wang.

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