Estados Unidos. La acción capilar extrae agua y otros líquidos en espacios confinados tales como tubos, pajillas, mechas y toallas de papel, y el caudal se puede predecir mediante un análisis hidrodinámico simple. Pero una observación casual hecha por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia provocará un nuevo cálculo de esas predicciones para las condiciones en las que las películas de hidrogel recubren los tubos que transportan líquidos base agua.
"En lugar de avanzar de acuerdo a las expectativas convencionales, los líquidos base agua se deslizan a una nueva ubicación en el tubo, se atascan, a continuación, se deslizan de nuevo - y el proceso se repite una y otra vez", explicó Andrei Fedorov, profesor en la escual de inegeniería mecánica en Georgia Tech. "En lugar de llenar el tubo con una tasa de penetración de líquido que disminuye con el tiempo, el agua se propaga a una velocidad casi constante en el capilar de hidrogel recubierto. Esto fue muy diferente de lo que esperábamos".
Los hallazgos resultaron de la investigación patrocinada por la Oficina de la Fuerza Aérea de Investigaciones Científicas (AFOSR) a través del centro BIONIC en Georgia Tech.
Cuando la abertura de un tubo de vidrio delgado se expone a una gota de agua, el líquido empieza a fluir en el tubo, tirado por una combinación de tensión superficial en el líquido y la adhesión entre el líquido y las paredes del tubo. Liderando el camino está un menisco, que es una superficie curva del agua en el borde delantero de la columna de agua. Un tubo de vidrio borosilicato ordinario se llena por acción capilar a un rango de disminución gradual con la velocidad de propagación del menisco desacelerando como una raíz cuadrada del tiempo.
Pero cuando el interior de un tubo se recubre con una capa muy delgada de poli (N-isopropilacrilamida), un llamado polímero "inteligente" (Pnipam), todo cambia. El agua que entra en un tubo recubierto en su interior con una película de hidrogel seca debe primero mojar la película y dejar que se hinche antes de que pueda ir más lejos en el tubo.
La humectación e hinchazón se efectúan de forma no continua, pero con pasos discretos en los que los meniscos del agua y su movimiento permanecen detenidos mientras que la capa de polímero se deforma localmente. El menisco se desliza rápidamente por una distancia corta antes de que el proceso se repita. Este proceso de "stick-slip" obliga al agua a moverse en el tubo en un movimiento paso a paso.
El rango de flujo medido por los investigadores en el tubo revestido es tres órdenes de magnitud menor que el rango de flujo en un tubo sin revestir. Una ecuación lineal describe la dependencia del tiempo del proceso de llenado en lugar de una ecuación cuadrática clásica que describe el llenado de un tubo sin revestir.
