El Futuro de la Ciencia y de la Tecnolog

"Mantenga fresco para reducir la fricci?n" pudo ser el consejo dado a los dise?adores de la maquinaria del nanoscale por los investigadores que acaban de terminar un estudio de los factores que influencian la formaci?n de la "agua tienden un puente sobre" - las conexiones capilares que pueden pegar superficies juntas, dando lugar a fuerzas de la fricci?n.

Cuando el tacto en un ambiente h?medo, humedad de las superficies forma los puentes del agua, o los tubos capilares, entre ellos. En escalas familiares del tama?o, este proceso - conocido como nucleation - las ayudas celebra castillos de la arena y el concreto mojado junto, y es cr?tico a la formaci?n de nubes. Pero a veces estas estructuras pueden ser menos provechosas, causando la fricci?n suficiente retardar o a?n parar la maquinaria del nanoscale - o en la transformaci?n de los alimentos, creando racimos grandes del az?car, la sal, los cereales del beb? o el caf?.

Estudiando las fuerzas friccionales que actuaban en una extremidad at?mica del microscopio de la fuerza (AFM) dibujada a trav?s de una superficie de cristal, los investigadores en el instituto de Georgia de la tecnolog?a han demostrado para la primera vez ?se que la formaci?n de estos tubos capilares se activa termal. Su estudio sugiere que pueda ser posible reducir la adherencia entre las superficies reduciendo temperaturas y poniendo superficies del nanoscale en el movimiento antes de que los puentes del agua tengan tiempo para formar.

[More:]

"Cuando usted se mueve muy lentamente, hay hora para un tubo capilar de formar en cada topet?n o aspereza min?sculo en la superficie," Elisa explicado Riedo, profesor auxiliar en la escuela del tech de Georgia de la f?sica. "pero cuando usted se mueve m?s r?pidamente, usted tiene pocos tubos capilares. Si usted va r?pidamente bastante, los tubos capilares no tienen tiempo para formar."

Entender la relaci?n entre el tiempo del nucleation y la temperatura podr?a ser crucial a los dise?adores de los dispositivos muy peque?os que deben funcionar en la presencia de la humedad, as? como a la industria de transformaci?n de los alimentos.

"Puesto que la formaci?n de los tubos capilares afecta la fricci?n y la adherencia entre las part?culas, si entendemos esta relaci?n, podemos entenderla c?mo las part?culas peque?as y las nano-superficies pegan juntas," observamos.

Experimental, Riedo y su colaborador postdoctoral Roberto Szoszkiewicz utilizaron un AFM con las extremidades bola-formadas especial-hechas a mano que ten?an di?metros el extenderse a partir del 40 a 100 nan?metros. Eso proporcion? un ?rea multi-contact de aproximadamente 30 nan?metros cuadrados.

Mientras que manten?an una humedad constante de cerca de 40 por ciento, movieron la extremidad a trav?s de una superficie de cristal levemente ?spera que ten?a irregularidades aproximadamente un colmo del nan?metro. Mientras que la extremidad se mov?a, registraron la resistencia al movimiento - medido en piconewtons o nanonewtons - mientras que variaban la temperatura y la velocidad.

Planeando sus datos, consideraron evidencia que la fricci?n medida fue relacionada directamente con la temperatura, sugiriendo que el crecimiento de las estructuras capilares aumenta mientras que la temperatura aumenta.

"Cuanto m?s en?rgias las mol?culas de agua son, cuanto m?s probable es que forma tubos capilares," dijeron Szoszkiewicz. "encontramos que los tiempos del nucleation crecen exponencial con lo contrario de la temperatura."

Los investigadores encontraron que los tiempos del nucleation de tubos capilares nanoscopic aumentaron a partir 0.7 milisegundo a 4.2 milisegundos en que la temperatura disminuy? a partir 332 a 299 grados Kelvin - que es aproximadamente temperatura ambiente.

"Formar los puentes del agua, mol?culas necesita superar una barrera de la energ?a. La energ?a termal puede proporcionar la energ?a que necesitan, sin embargo, lleva el tiempo para estos puentes la forma, "Riedo conocido. "cuanto m?s largas las superficies son juntas, m?s fuerte el contacto ser? porque m?s puentes puede formar."

Cuando las superficies vienen cerca juntas, varios procesos pueden ocurrir, Szoszkiewicz dicho. Despu?s de contacto, la humedad fijada por adsorcio'n naturalmente en las superficies - junto con las mol?culas de agua del aire - se concentrar? cerca del punto de contacto verdadero debido a la difusi?n. Algunos puentes iniciales del agua entonces formar?n entre las asperezas que entran en contacto con.

Cuando los objetos se mueven cerca juntos pero no tocan, un diverso proceso ocurre. La humedad fijada por adsorcio'n en cada superficie puede unirse, y debido a fuerzas atractivas, salta junta, formando un puente del agua. En una temperatura dada, este proceso del nucleation diferenciar? para cada superficie dependiendo de su capacidad de fijar la humedad por adsorcio'n. Los tubos capilares nuevamente formados entonces act?an como fregaderos del agua, atrayendo m?s mol?culas de agua porque la presi?n dentro del puente capilar es m?s baja que la presi?n fuera de ella. El proceso contin?a a un punto en el cual se forme un puente capilar del equilibrio.

"La pregunta que consider?bamos era cu?l ser?an el fen?meno dominante y cu?l ser?a escala de tiempo para ambos fen?menos," Szoszkiewicz dicho. "hemos demostrado experimental que con las superficies nano-a'speras, el nucleation ser? dominante."

M?s all? de usos a la ciencia atmosf?rica, el sector alimenticio y el nanoscale que resbalan la maquinaria, los resultados sugieren otra manera de controlar flujo de la tinta en nanolithography de la sumergir-pluma. En ese proceso, la tinta que fluye de una extremidad del AFM se utiliza para escribir los patrones del nanoscale que podr?an ser ?tiles en los procesos tales como la litograf?a del semiconductor.

"En este caso, usted puede ser que utilice la dependencia de la temperatura para aumentar la velocidad del flujo de la tinta, disminuirlo, o hacer el flujo improbable," dijo Riedo. "hay muchos de las implicaciones para la tecnolog?a. Cada uno de los materiales implicados tendr? sus propias caracter?sticas con respecto a velocidad y c?mo forma r?pidamente los puentes capilares."

Los investigadores tambi?n midieron el tama?o de la barrera de la energ?a requerido para las mol?culas de agua al nucleate.

"Esta energ?a fue predicha por los modelos te?ricos usando la termodin?mica cl?sica, y emparej? realmente bien con nuestros experimentos," dijo Riedo.

La esperanza de los investigadores la informaci?n que proporcionan ayuda a ingenieros a ocuparse de las fuerzas capilares de una manera m?s eficiente. Porque el agua es ubicua, m?s informaci?n se necesita sobre c?mo se comporta en el nanoscale.

"La agua es de importancia crucial por todas partes en nuestro mundo - en biolog?a, geolog?as, ciencias atmosf?ricas y procesos industriales," Riedo conocido. "desde un punto de vista fundamental, es dif?cil hacer modelos te?ricos del agua. Pero hay un inter?s enorme en esto de puntos de vista te?ricos y tecnol?gicos."