Canicas líquidas

Las canicas líquidas son gotas antiadherentes (normalmente acuosas ) envueltas por partículas coloidales hidrofóbicas a escala micro o nanométrica ( Teflón , polietileno , polvo de licopodio , negro de humo , etc.); representan una plataforma para una diversidad de aplicaciones químicas y biológicas. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Las canicas líquidas también se encuentran en la naturaleza; los áfidos convierten las gotas de melaza en canicas. ^{[ 4 ]} Una variedad de líquidos no orgánicos y orgánicos pueden convertirse en canicas líquidas. ^{[ 3 ] [ 5 ] [ 6 ]} Las canicas líquidas demuestran propiedades elásticas y no se coalescen cuando rebotan o se presionan ligeramente. ^{[ 6 ]} Las canicas líquidas demuestran un potencial como microrreactores, microcontenedores para el crecimiento de microorganismos y células , dispositivos microfluídicos, e incluso se han utilizado en computación no convencional . ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} Las canicas líquidas permanecen estables en superficies sólidas y líquidas. ^{[ 1 ] [ 8 ]} Se informaron la estática y la dinámica del rodamiento y el rebote de las canicas líquidas. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Se han reportado canicas líquidas recubiertas con partículas polidispersas ^{[ 6 ]} y monodispersas . ^{[ 11 ]} Las canicas líquidas no están recubiertas herméticamente por partículas sólidas, sino que están conectadas a la fase gaseosa. Se ha investigado la cinética de la evaporación de las canicas líquidas. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Las canicas líquidas fueron descritas 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 entorno atmosférico con un recubrimiento hidrofóbico en su superficie para evitar el contacto entre el agua y el suelo sólido (Figura 1). Las canicas líquidas proporcionan un nuevo enfoque para transportar masa líquida sobre la superficie sólida, que transforma eficazmente los inconvenientes recipientes de vidrio en un recubrimiento hidrofóbico flexible y especificado por el usuario, compuesto de polvos de materiales hidrofóbicos. Desde entonces, las aplicaciones de las canicas líquidas en el transporte de masa sin pérdidas, la microfluídica y los microrreactores se han investigado ampliamente. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} Sin embargo, las canicas líquidas 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 .

Cuando una gota de agua entra en contacto con un depósito de agua, se desprende rápidamente del depósito y forma una gota hija más pequeña, mientras que esta gota hija continúa pasando por un proceso similar de contacto-desprendimiento-división hasta coalescer completamente en el depósito. La combinación o resumen de estos procesos de coalescencia autosimilares se denomina cascada de coalescencia. ^{[ 19 ]} El mecanismo subyacente de la cascada de coalescencia se ha estudiado en detalle, pero solo se han realizado intentos de controlarla y utilizarla. ^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} Recientemente, Liu et al. han 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, —las gotas líquidas interfaciales—. ^{[ 23 ]}

De forma similar a las gotas líquidas en la interfaz sólido-aire, las gotas líquidas interfaciales se construyen en la interfaz hexano / agua utilizando gotas de agua con un recubrimiento superficial compuesto de materiales a nanoescala con humectabilidad especial (Figura 2). Para lograr gotas líquidas interfaciales en la interfaz hexano/agua, el tamaño de partícula individual de la capa de recubrimiento 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; también se prefiere una humectabilidad especial con hidrofobicidad e hidrofilicidad mixtas para la formación de gotas líquidas interfaciales. La gota líquida interfacial se puede fabricar recubriendo primero una gota de agua con nanomateriales con humectabilidad especial, por ejemplo, nanocables de carbono híbridos, óxido de grafeno . Posteriormente, se aplica una segunda capa de recubrimiento de fluoruro de polivinilideno (PVDF) sobre la gota de agua recubierta. La gota de agua con doble recubrimiento se vierte en la mezcla hexano/agua y finalmente se deposita en la interfaz hexano/agua para formar la gota líquida interfacial. Durante este proceso, el recubrimiento de PVDF se difundió rápidamente en el 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 sobre la superficie de la gota a través del efecto Marangoni .

Las microgotas de agua interfaciales pueden resistir completamente la cascada de coalescencia y permanecer prácticamente de forma permanente en la interfaz hexano/agua, siempre que la fase de hexano no se agote por vaporización . Estas microgotas también pueden generar una serie de movimientos sensibles a estímulos mediante la integración de materiales funcionales en la capa de recubrimiento superficial. Debido a su singularidad tanto en forma como en comportamiento, se prevé que las microgotas de agua interfaciales tengan aplicaciones destacadas en microfluídica , microrreactores y transporte de masa.

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