La formation d'une simple tache de café fait l'objet d'études complexes depuis des décennies, bien qu'il s'avère qu'il reste encore quelques pierres à tourner. Des chercheurs de l'Université du Nevada, Reno a modélisé la façon dont une gouttelette colloïdale s'évapore et a découvert un mécanisme auparavant négligé qui détermine plus précisément la dynamique du dépôt de particules dans l'évaporation des gouttelettes sessiles, qui a des ramifications dans de nombreux domaines du monde technologique d'aujourd'hui.

« Comprendre et manipuler la dynamique du dépôt de particules lors de l'évaporation de gouttes colloïdales peut être utilisé dans le séquençage de l'ADN, La peinture, impression jet d'encre et fabrication de micro/nano-structures ordonnées, " Hassan Massoud, professeur adjoint au Département de génie mécanique, mentionné. « Et maintenant, nous le comprenons mieux que jamais. Notre découverte s'appuie sur un grand nombre de travaux ; nous avons cependant franchi une étape supplémentaire, modélisation de l'interaction des particules en suspension avec la surface libre de la goutte. Nous pensons que nos découvertes vont fondamentalement changer la perception commune du mécanisme responsable du phénomène dit du « rond de café ».

Lorsqu'une goutte sèche sur une surface, les particules qui y sont suspendues se déposent généralement selon un motif en forme d'anneau, laissant une tache ou un résidu, appelé effet anneau de café. Jusqu'à maintenant, on pensait que la tache se formait à la suite de l'écoulement de fluide à l'intérieur de la goutte. Masoud et son équipe ont découvert que la surface libre de la gouttelette, la couche supérieure où il est en contact avec l'air, joue un rôle essentiel dans le dépôt des particules.

"Quand la goutte s'évapore, la surface libre s'effondre et piège les particules en suspension, " a déclaré Masoud. "Notre théorie montre que finalement toutes les particules sont capturées par la surface libre et y restent pour le reste de leur voyage vers le bord de la goutte."

Masoud et son équipe ont utilisé un système de modélisation moins familier, connu sous le nom de système de coordonnées toroïdales, qui leur a permis de réduire les équations gouvernantes tridimensionnelles en une forme unidimensionnelle. Malgré une quantité décente d'espace et de vitesse de serveur, l'équipe a choisi d'écrire ses nombreuses équations à la main, sur des dizaines de très gros morceaux de papier journal.

"Notre approche innovante - et l'utilisation de certaines équations laides et longues - distingue notre travail des recherches précédentes, " dit-il. " Personne d'autre n'a utilisé ce système de coordonnées pour ce problème, et cela nous permet de suivre le mouvement des particules dans la goutte de manière naturelle."

La découverte permet aux scientifiques de manipuler le mouvement des particules de soluté en modifiant la tension superficielle de l'interface liquide-gaz plutôt que de contrôler le flux de masse à l'intérieur de la goutte.

"Nous pouvons utiliser des tensioactifs pour ajuster la tension superficielle, " dit Masoud. " Dans un exemple simple, si vous nettoyez des panneaux solaires, qui peuvent perdre jusqu'à 90 pour cent de leur efficacité lorsqu'ils sont sales, la méthode de nettoyage préférée est l'eau, mais cela laisse une tache difficile à effacer. Changer la dynamique d'écoulement pendant l'évaporation avec un agent de nettoyage spécialisé peut laisser les panneaux plus propres et plus efficaces."

Leur article évalué par des pairs, "Mécanisme alternatif pour le dépôt des anneaux de café basé sur le rôle actif de la surface libre, " a été publié le 12 décembre dans la publication de l'American Physical Society Examen physique E .