Une équipe de recherche internationale, dirigé par l'Université Monash, a découvert pour la première fois le mystère derrière la formation des « anneaux de café » en examinant l'angle de contact des gouttelettes sur une surface, et comment ils sèchent.

La collaboration de recherche impliquant l'Université Monash et l'Université de Cambridge a également développé un modèle mathématique capable de prédire quand un anneau de café pourrait être observé dans des systèmes de particules sphériques dures.

Professeur Gil Garnier, Directeur de BioPRIA (Bioresource Processing Research Institute of Australia) au Département de génie chimique de l'Université Monash, a dirigé une équipe internationale pour explorer comment les motifs se forment à partir de l'évaporation des gouttelettes, un phénomène qui a mystifié les physiciens pendant des années.

Le professeur Garnier a dit que cette découverte, créé par le Dr Michael Hertag de BioPRIA, pourrait ouvrir des portes dans le domaine du diagnostic sanguin, notamment pour la découverte de traitements contre l'anémie et d'autres maladies du sang.

La formation de motifs est un phénomène courant dans le séchage des liquides colloïdaux, comme le lait, café, Peinture, aérosols, et dans le sang.

Le plus courant dans les gouttelettes est une distribution annulaire où les particules liquides se sont déplacées vers le bord, qui est appelé un anneau de café, lors du séchage. Ce dépôt est défavorable dans de nombreux procédés de fabrication et est d'un intérêt fondamental pour les experts du bâtiment, médical, et les métiers de l'ingénieur.

Ils ont conclu que les angles de contact auxquels une gouttelette est placée sur une surface mouillée détermine la prévalence des angles de café. Lorsque la gouttelette est placée à un angle de contact élevé, aucun rond de café n'est présent.

"Notre recherche a identifié l'angle de contact formé par la suspension de gouttelettes à la surface et sa teneur en solides comme les deux variables déterminantes importantes pour la formation des anneaux de café, " a déclaré le professeur Garnier.

« Même si une modélisation réussie a déjà été réalisée, nous montrons ici pour la première fois que pour chaque angle de contact, il existe une fraction volumique initiale critique de colloïdes sur laquelle aucun motif en forme d'anneau ne se formera.

"Essentiellement, plus l'angle de contact est faible, la probabilité plus élevée que des profils d'anneau soient trouvés."

Lorsqu'une gouttelette est déposée sur une surface, il atteint rapidement une position apparente d'équilibre qui peut, pour les petites gouttelettes, être défini uniquement par l'angle et le rayon de contact.

Le taux d'évaporation et la variation de la fluidité massique à la surface de la goutte dépendent de nombreux facteurs, y compris la pression de vapeur du fluide, la géométrie de la surface de la gouttelette ainsi que la vitesse et la pression partielle de l'atmosphère environnante.

Des expériences de séchage ont été menées en plaçant une gouttelette de 6 µL de solution sur un substrat avec une pipette Eppendorf. La gouttelette a été laissée à sécher dans une pièce à humidité et température contrôlées maintenue à 23 degrés C et 50 pour cent d'humidité relative.

"Nous avons montré que la présence ou l'absence d'un anneau de café peut être prédite uniquement par la fraction volumique initiale de particules dans une suspension et l'angle de contact formé par la suspension sur la surface d'intérêt, " a déclaré le Dr Garnier.

« En utilisant cette découverte, nous avons ensuite pu calculer un modèle pour prédire la formation d'anneaux de café à partir d'angles de contact en utilisant un certain nombre de gouttelettes de liquide.

"Cette technique de modélisation et les informations qui en résultent sont de nouveaux outils puissants pour optimiser les techniques de fabrication et de diagnostic."