Ingenieros de la Universidad de Houston (UH) han descubierto que pueden crear fuentes de agua ascendentes haciendo brillar rayos láser sobre la superficie del agua a partir del efecto Marangoni

Estudios recientes han revelado que las fuentes de líquido inducidas por láser del efecto Marangoni tienen el potencial de impactar en aplicaciones que involucran líquidos o materias blandas como, la litografía y la impresión 3D, la transferencia de calor y la óptica adaptativa.

Jiming Bao, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Houston, y su estudiante de posdoctorado Feng Lin, atribuyen el hallazgo a un fenómeno conocido como efecto Marangoni, que provoca la convección y explica el comportamiento del agua cuando existen diferencias en la tensión superficial.

Aunque se describió por primera vez en la década de 1860, el efecto Marangoni todavía se está abriendo camino en la ciencia.

«Científicamente, nadie ha predicho o imaginado este tipo de deformación hacia arriba antes», informa Bao en Materials Today Physics. «Es bien sabido que una convección de Marangoni hacia el exterior desde una región de baja tensión superficial hará que la superficie libre de un líquido se deprima. Aquí, informamos que esta percepción establecida solo es válida para películas líquidas delgadas. Utilizando el calentamiento por láser de superficie, demostramos que en líquidos profundos, un rayo láser eleva el fluido sobre la superficie libre generando fuentes con diferentes formas«.

En la encarnación más reciente, las fuentes de líquido inducidas por láser del efecto Marangoni tienen potencial para impactar en aplicaciones que involucran líquidos o materias blandas, como litografía e impresión 3D, transferencia de calor y transporte de masa, crecimiento de cristales y soldadura de aleaciones, rejilla dinámica y modulación espacial de la luz y microfluídica y óptica adaptativa.

Una fuente inducida por láser, en amarillo, es creada por un rayo láser que brilla en la superficie de ferrofluido en el laboratorio de Bao. Universidad Houston

El efecto Marangoni se descubrió por primera vez en la década de 1860.

Se sabe que provoca convección y explica el comportamiento del agua cuando las diferencias de tensión superficial son evidentes.

Su aplicación en diversas dinámicas de fluidos suele describirse espolvoreando pimienta en un cuenco de agua. A continuación, se vierte una gota de detergente, como el jabón para lavavajillas, en el centro del cuenco. Al hacerlo, la pimienta se dispersa y se desparrama rápidamente hacia los lados del cuenco.

Inspirándose en su trabajo anterior, la exitosa simulación de la depresión de la superficie interna en un líquido poco profundo, Bao aumentó la profundidad del ferrofluido en la simulación actual. El ferrofluido es un líquido «mágico» y es conocido por sus sorprendentes picos superficiales generados por un imán.

«Comprender la deformación de la superficie distinta en líquidos con diferentes profundidades ayuda a desentrañar la dinámica del proceso de deformación de la superficie«, dijo Bao en un comunicado.

Bao utilizó un rayo láser de onda continua de baja potencia (<1 W) para crear un campo de temperatura superficial no uniforme para inducir el efecto Marangoni. Para comprender las distintas deformaciones entre líquidos profundos y superficiales, varió el grosor de la capa de líquido manteniendo el mismo rayo láser. Las fuentes de láser y la transición dependiente de la profundidad de la indentación de la superficie a la fuente de láser nunca se han informado en la literatura, probablemente porque ninguna teoría existente las prevé.

«Hacemos hincapié en que ha habido numerosos intentos de comprender la deformación de la superficie impulsada por el flujo de Marangoni, pero ninguna teoría existente puede predecir los patrones de deformación de un líquido con una profundidad arbitraria de una manera directa«, dijo Bao.

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