Materiais Avançados

Metafluido: ondas que mudam as propriedades da água

Metafluido: ondas na água mudam propriedades da água
A camada de ondas na superfície torna-se um material com qualidades totalmente distintas da própria água na qual as ondas se espalham.[Imagem: U. Oregon]

Ondas de Faraday

Em um experimento surpreendente, um trio de físicos da Universidade do Oregon, nos EUA, usou apenas ondas na superfície da água para fazer com que essa mesma água apresentasse uma consistência totalmente diferente - como a do vinho ou mesmo a consistência do melado - e ainda usaram as ondas para controlar a temperatura da água.

Você já deve estar bem acostumado com os metamateriais e as metassuperfícies, que vêm sendo usados para manipular ondas dos mais diversos tipos - de ondas de luz para criar mantos da invisibilidade, até ondas sísmicas, para proteger prédios contra terremotos.

O que Eric Corwin e seus colegas fizeram foi criar um sistema em grande escala no qual as ondas geradas na superfície da água passam a funcionar como se fossem moléculas.

Nesse fluido superficial, as propriedades e o comportamento não são derivados das propriedades microscópicas de átomos e moléculas, mas sim das ondas superficiais macroscópicas, chamadas ondas de Faraday - em referência a Michael Faraday, que descreveu as ondas estacionárias não-lineares em um artigo publicado em 1831.

Metafluido

As interações aleatórias das ondas superficiais em um prato de água posto para vibrar passam a se comportar como se fossem um fluido por sua própria natureza, com propriedades que são completamente diferentes das propriedades da água abaixo - essencialmente um metafluido, um material artificial, com propriedades não encontradas na natureza, propriedades estas diferentes daquelas do material original.

De fato, o metafluido bidimensional criado na superfície da água permite controlar independentemente a temperatura interna efetiva, o movimento molecular e a viscosidade da própria água - algo impossível em um fluido convencional.

Metafluidos: ondas na água mudam propriedades da água
Esquema e foto do aparato experimental onde foi criado o metafluido. [Imagem: Kyle J. Welch et al. - 10.1073/pnas.1606461113]

Material programável

"O que estamos destacando aqui, com vistas para o futuro, é que, se você puder satisfazer alguns critérios básicos, então você pode construir um material completamente programável," disse Corwin. "Para nós, por enquanto, esta é uma plataforma científica muito legal para futuros experimentos."

De fato, esse experimento, mesmo em escala tão grande, não fornece um roteiro diretamente voltado para aplicações tecnológicas, mas aponta para possibilidades interessantes, que poderão ser enriquecidas com a criatividade de outros pesquisadores que certamente começarão a lançar mão dele.

"Se você construir um sistema que tenha o tipo certo de aleatoriedade, você pode gerar uma funcionalidade que um fluido convencional não teria," sugere Kyle Welch, idealizador do experimento. "Os cientistas dos materiais têm feito coisas incríveis - como criar ligas e misturar componentes para obter novas propriedades - mas gostaríamos de chegar a um ponto onde possamos girar um botão e transformar um material em algo novo, de forma que ele possa originar algo diferente."

Se esta área seguir o mesmo ritmo com que as elucubrações teóricas da óptica transformacional se transformaram em aplicações práticas nos metamateriais, não será preciso esperar muito para ver aplicações práticas dos metafluidos - em reatores químicos, por exemplo.

Bibliografia:

Fluids by design using chaotic surface waves to create a metafluid that is Newtonian, thermal, and entirely tunable
Kyle J. Welch, Alexander Liebman-Peláez, Eric I. Corwin
Proceedings of the National Academy of Sciences
Vol.: 113 no. 39, 10807-10812
DOI: 10.1073/pnas.1606461113




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