Metales succionadores

Científicos de la Universidad de Rochester han conseguido emular la capacidad de los árboles para elevar el agua desde las raíces hasta las hojas

En la naturaleza, los árboles succionan grandes cantidades de agua a través de sus raíces para llevarla después hasta sus hojas, situadas a varios metros de altura del suelo, gracias a lacapilaridad.

Esta cualidad se produce cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido, lo que permite que se produzca la succión del agua hacia arriba, incluso en contra de la gravedad.

Ahora, científicos de la Universidad de Rochester, en Estados Unidos, han creado una losa de metal que puede hacer circular el agua en dirección ascendente usando este mismo principio de la naturaleza, aunque a una velocidad que la propia naturaleza envidiaría. Los resultados de la investigación se han publicado en Applied Physics Letters.

Técnica láser extremadamente precisa

Según informa la Universidad de Rochester en un comunicado, la técnica podría resultar muy valiosa para lograr bombear cantidades microscópicas de líquido en un chip de diagnóstico médico, para enfriar un procesador informático o para convertir cualquier metal simple en una superficie anti-bacteriana, por ejemplo.

Chunlei Guo, profesor de óptica de dicha universidad y autor de la investigación señala en dicho comunicado: “Nosotros podemos cambiar la estructura superficial de casi cada pieza de metal para controlar la forma en que el líquido interacciona con cada una de ellas. Podemos incluso controlar la dirección en la que los líquidos fluyen”.

Para lograr esta proeza, Guo y su colaborador, Anatoliy Vorobyev, utilizaron una pulsación ultra-rápida de luz láser que hicieron incidir sobre la superficie de un metal. Por toda la superficie de este metal formaron así, a nano y microescala, agujeros, glóbulos y hebras.

El láser utilizado fue un láser de femtosegundo, que produce pulsaciones de una duración de sólo unos pocos cuatrillones de segundo (un femtosegundo es a un segundo lo que un segundo sería a 32 millones de años).

Durante sus brevísimas explosiones, el láser de femtosegudo utilizado despliega tanta potencia como la que despliega la red eléctrica norteamericana al completo, toda ella focalizada en un punto del tamaño de un punto de aguja, explica el científico. A pesar de su increíble intensidad, el láser se activa mediante un enchufe de pared corriente.

Nanoestructuras en el metal

Por la lámina metálica modificada mediante láser, los investigadores han conseguido que el líquido se mueva a una velocidad de un centímetro por segundo en contra de la gravedad.

Este proceso, señala Guo, es muy similar al de la leche “subiendo” por la servilleta de papel cuando empapamos ésta para limpiar una superficie o al de las gotas de vino que parecen escalar por las paredes de las copas: las atracciones moleculares y la evaporación se combinan en ambos casos para mover los líquidos en sentido contrario al de la gravedad.

La novedad del trabajo de Guo y Vorobyev radicaría, por tanto, en que las nanoestructuras del metal generadas con el láser pueden modificar la forma en que las moléculas del líquido interactúan con las moléculas del metal, permitiendo que éstas se atraigan entre sí con mayor o menor intensidad en función de donde sean colocadas.

Las nanoestructuras metálicas se adhieren más rápidamente a las moléculas líquidas de lo que las moléculas líquidas se adhieren unas a otras, lo que origina que el líquido se expanda rápidamente por el metal. Los canales grabados con láser en el metal permiten en definitiva controlar el comportamiento del líquido.

Aplicaciones

Guo explica: “imagínense un sistema de canales similar a los circuitos electrónicos impresos en los microprocesadores. Con este sistema podremos ejecutar trabajos químicos o biológicos con una minúscula cantidad de líquido”.

Por ejemplo, con sangre. La sangre podría circular con precisión a lo largo de estos canales hacia un sensor que realice el diagnóstico de una enfermedad. Con un sistema tan diminuto, las enfermeras no necesitarían extraer todo un tubo de sangre para hacer las pruebas. Un simple arañazo en la piel contendría mayor cantidad de células de las necesarias para el micro-análisis consecuente.

Por otro lado, el equipo de Guo también ha creado con el láser de femtosegundo un metal que reduce la atracción entre las moléculas de agua y las moléculas de metal, es decir, que favorece la hidrofobia.

Dado que los gérmenes están compuestos mayormente de agua, resultaría imposible para ellos crecer en una superficie hidrofóbica. Utilizando esta técnica, podría convertirse cualquier metal en un material anti-bacteriano.

Ahora mismo, el proceso de modificación de una lámina de metal supone una media hora de tiempo, pero Guo y Vorobyev trabajan en afinar la técnica para hacerla más rápida.

Otros trabajos con el láser de femtosegundo

Guo también ha publicado recientemente que ha conseguido crear bombillas que utilizan la mitad de energía para producir la misma cantidad de luz, utilizando el láser de femtosegundo.

Según el científico, el rayo láser fue aplicado a través del cristal de una bombilla para alterar una pequeña parte del filamento de ésta. Posteriormente, al encender dicha bombilla los investigadores se dieron cuenta de que la parte modificada brillaba más que el resto del filamento, sin que se registraran cambios en el consumo energético.

Por otro lado, en 2008 Guo y su equipo utilizaron también el láser de femtosegundo para crear nanoestructuras que reflejaban sólo ciertas longitudes de onda de la luz.

Gracias a esto, pudieron colorear los metales. Por ejemplo, fueron capaces de darle al aluminio la apariencia del oro, tal y como publicó The New York Times.