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20 μL de mármol líquido recubierto con polvo de teflón

Mármoles líquidos son gotitas antiadherentes (normalmente acuosa ) envueltos por micro- o nano-métricamente escalado hidrófobos , partículas coloidales ( teflón , polietileno , polvo de licopodio , negro de carbono , etc.); representando una plataforma para una diversidad de aplicaciones químicas y biológicas. [1] [2] [3] Los mármoles líquidos también se encuentran naturalmente; los pulgones convierten las gotas de melaza en canicas. [4] Una variedad de líquidos orgánicos e inorgánicos se pueden convertir en mármoles líquidos. [3] [5][6] Los mármoles líquidos demuestran propiedades elásticas y no se fusionan cuando rebotan o presionan ligeramente. [6] Los mármoles líquidos demuestran un potencial como microrreactores, microcontenedores para el crecimiento de microorganismos y células , dispositivos de microfluidos e incluso se han utilizado en la informática no convencional . [5] [6] [7] Los mármoles líquidos permanecen estables en superficies sólidas y líquidas. [1] [8] Se informó la estática y la dinámica del balanceo y el rebote de las canicas líquidas. [9] [10] Mármoles líquidos recubiertos con polidispersos [6] y monodispersosSe han informado partículas. [11] Los mármoles líquidos no están herméticamente cubiertos por partículas sólidas sino conectados a la fase gaseosa. Se ha investigado la cinética de la evaporación de las canicas líquidas. [12] [13] [14]

Canicas de agua interfaciales

Las canicas líquidas fueron reportadas por primera vez por P. Aussillous y D. Quere [1] en 2001, quienes describieron un nuevo método para construir gotas de agua portátiles en el ambiente atmosférico con un recubrimiento hidrofóbico en su superficie para evitar el contacto entre el agua y el suelo sólido ( Figura 1). Los mármoles líquidos proporcionan un nuevo enfoque para transportar masa líquida sobre la superficie sólida, que transforma suficientemente los envases de vidrio inconvenientes en un revestimiento hidrófobo flexible, especificado por el usuario, compuesto de polvos de materiales hidrófobos. Desde entonces, las aplicaciones de los mármoles líquidos en el transporte de masa sin pérdidas, microfluidos y microrreactores se han investigado extensamente. [15] [16][17] [18] Sin embargo, los mármoles líquidos solo reflejan el comportamiento del agua en la interfaz sólido-aire, mientras que no hay informes sobre el comportamiento del agua en la interfaz líquido-líquido, como resultado del llamado fenómeno de cascada de coalescencia.

Figura 1. Una canica líquida sobre el portaobjetos de vidrio.

Cuando una gota de agua está en contacto con un depósito de agua, se desprenderá rápidamente del depósito y formará una gota hija más pequeña, mientras que esta gota hija continuará pasando por un proceso similar de separación de pellizco de contacto hasta que se complete la coalescencia en el reservorio, la combinación o resumen de estos procesos de coalescencia auto-similares se denomina cascada de coalescencia. [19] El mecanismo subyacente de la cascada de coalescencia se ha estudiado en detalle, pero ha habido un mero intento de controlarlo y hacer uso de él. [20] [21] [22]Hasta hace poco, Liu et al. ha llenado este vacío proponiendo un nuevo método para controlar la cascada de coalescencia mediante el uso de un recubrimiento nanoestructurado en la interfaz líquido-líquido, los mármoles líquidos interfaciales. [23]

Figura 2. Una canica de agua interfacial asentada en la interfaz hexano-agua.

De manera similar a las canicas líquidas en la interfaz sólido-aire, las canicas líquidas interfaciales se construyen en la interfaz hexano / agua usando gotas de agua con un recubrimiento superficial compuesto de materiales a nanoescala con humectabilidad especial (Figura 2). Para realizar mármoles de agua interfaciales en la interfaz hexano / agua, el tamaño de partícula individual de la capa de revestimiento superficial debe ser lo más pequeño posible, de modo que se pueda minimizar la línea de contacto entre las partículas y el depósito de agua; humectabilidad especial con hidrofobicidad e hidrofilicidad mixtastambién se prefiere para la formación de mármol de agua interfacial. El mármol de agua interfacial se puede fabricar recubriendo en primer lugar una gota de agua con nanomateriales con humectabilidad especial, por ejemplo, nanocables de carbono híbridos, óxido de grafeno . Posteriormente, una capa de revestimiento secundaria de fluoruro de polivinilideno(PVDF) se aplica sobre la gota de agua revestida. La gota de agua doblemente revestida se vierte luego en la mezcla de hexano / agua y finalmente se deposita en la interfaz hexano / agua para formar el mármol de agua interfacial. Durante este proceso, el recubrimiento de PVDF se difundió rápidamente en hexano para equilibrar la interacción hidrofóbica entre el hexano y la gota de agua, mientras que los nanomateriales se autoensamblaron rápidamente en una capa protectora nanoestructurada en la superficie de la gota a través del efecto Marangoni .

El mármol de agua interfacial puede resistir completamente la cascada de coalescencia y existir casi permanentemente en la interfaz hexano / agua, siempre que la fase de hexano no se agote por vaporización . Las canicas de agua interfaciales también pueden realizar una serie de movimientos sensibles a los estímulos integrando los materiales funcionales en la capa de revestimiento de la superficie. Debido a su singularidad tanto en forma como en comportamiento, se especula que los mármoles de agua interfaciales tienen aplicaciones notables en microfluidos , microrreactores y transporte de masas.

Ver también

  • Emulsión de pickering
  • Esferificación (proceso culinario)

Referencias

  1. ^ a b c Aussillous, Pascale; Quéré, David (2001). "Canicas liquidas". Naturaleza . 411 (6840): 924–7. doi : 10.1038 / 35082026 . PMID  11418851 .
  2. ^ Quéré, David; Aussillous, Pascale (2006). "Propiedades de las canicas líquidas". Actas de la Royal Society A: Ciencias Matemáticas, Físicas e Ingeniería . 462 (2067): 973. Código bibliográfico : 2006RSPSA.462..973A . doi : 10.1098 / rspa.2005.1581 .
  3. ^ a b McHale, G; Newton, M. I (2015). "Mármoles líquidos: contexto de actualidad dentro de la materia blanda y el progreso reciente" . Materia blanda . 11 (13): 2530–46. Código Bib : 2015SMat ... 11.2530M . doi : 10.1039 / C5SM00084J . PMID 25723648 . 
  4. ^ Lucio, N; Richard, D; Foster, W; Mahadevan, L (2002). "Cómo los pulgones pierden sus canicas" . Actas de la Royal Society B: Ciencias Biológicas . 269 (1497): 1211–5. doi : 10.1098 / rspb.2002.1999 . PMC 1691028 . PMID 12065036 .  
  5. ↑ a b Bormashenko, Edward; Bormashenko, Yelena; Grynyov, Roman; Aharoni, Hadas; Whyman, Gene; Binks, Bernard P (2015). "Autopropulsión de mármoles líquidos: levitación similar a Leidenfrost impulsada por el flujo de Marangoni". El Diario de la Química Física C . 119 (18): 9910. arXiv : 1502.04292 . Código bibliográfico : 2015arXiv150204292B . doi : 10.1021 / acs.jpcc.5b01307 .
  6. ↑ a b c d Bormashenko, Edward (2016). "Mármoles líquidos, gotitas elásticas antiadherentes: de los minireactores a la autopropulsión". Langmuir . 33 (3): 663–669. doi : 10.1021 / acs.langmuir.6b03231 . PMID 28114756 . 
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  8. ^ Wong, Cl.YHM Adda-Bedia M., Vella, D. (2017). "Gotas no humectantes en interfaces líquidas: desde mármoles líquidos hasta gotas de Leidenfrost". Materia blanda . 13 (31): 5250–5260. arXiv : 1706.03959 . Código Bib : 2017SMat ... 13.5250W . doi : 10.1039 / C7SM00990A . PMID 28644495 . CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ↑ de Gennes, Pierre-Gilles; Brochard-Wyart, Françoise; Quéré, David (2004). Fenómenos de capilaridad y humectación | SpringerLink . doi : 10.1007 / 978-0-387-21656-0 . ISBN 978-1-4419-1833-8.
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