Cientistas criam gotas quadradas e grades líquidas com eletricidade

Misturar dois líquidos e produzir gotículas pode parecer uma atividade banal e sem propósito. Mas, quando essas gotas são quadradas ou hexagonais, percebemos estar diante de um fenômeno que a natureza jamais produziria. A criação dessas formas líquidas é o resultado de uma pesquisa realizada por físicos da Universidade Aalto, na Finlândia, para conduzir sistemas fora de equilíbrio.

Publicado na revista Science Advances na quarta-feira (15), o estudo utilizou campos elétricos para tirar deliberadamente os sistemas do equilíbrio e, o que é mais difícil, fazer com que as estruturas desequilibradas possam ser controladas ou úteis. Um bom exemplo desses comportamentos complexos é a própria natureza, em "um monte de moléculas que estão fora do equilíbrio termodinâmico", explica o pesquisador Jaakko Timonen, um dos autores do estudo.

O equilíbrio termodinâmico é um estado estacionário que acontece quando juntamos duas substâncias e elas se acomodam em um equilíbrio mecânico, térmico e químico, com pressão, temperatura e composição química constantes. Um bom exemplo disso ocorre em misturas de líquidos: o óleo flutua sobre a água, enquanto o leite se mistura com o café. "Coisas em equilíbrio tendem a ser muito chatas", brinca Timonen em um comunicado à imprensa.

Criando gotas quadradas e redes líquidas

Estruturas controladas por eletricidade. (Fonte: Geet Raju et al./Divulgação.)Fonte:  Geet Raju et al. 

Em seu trabalho, a equipe usou combinações de óleos com diferentes constantes dielétricas e condutividades. Eles então submeteram os líquidos a um campo elétrico. Ao fazer isso, explica Nikos Kyriakopoulos, cientista que também participou da pesquisa, a "densidade de carga corta a interface do equilíbrio termodinâmico", permitindo diversas formações interessantes. Dessa forma, a aplicação da eletricidade causou uma remodelação dos óleos em padrões de gotas totalmente inesperados.

Foi possível transformar as gotículas do experimento em quadrados e hexágonos, com lados retos, uma realidade impensável na natureza. Além disso, ambos os líquidos puderam ser transformados em redes interconectadas. As soluções foram ainda eletricamente formatadas em padrões de grade, que são inéditos nesse estado da matéria.

Os experimentos demonstraram também a capacidade de moldar os líquidos em formas geométricas inusitadas, como toroides ou uma rosquinha que se manteve estável, com um buraco no meio, enquanto o campo elétrico estava ligado.

Aplicações práticas

A pesquisa não se limita a produzir bolhas quadradas e redes líquidas. Esse resultado apenas demonstra a capacidade de criar em laboratório estruturas temporárias com tamanho controlado e bem definido, que podem ser ligadas e desligadas como qualquer sistema elétrico. Segundo os pesquisadores, esse é um campo a ser explorado no desenvolvimento de dispositivos ópticos controlados por tensão.

Outra aplicação potencial da tecnologia é na área de saúde. Usando eletricidade, será teoricamente possível criar "populações" interagentes de microfilamentos e microgotículas que, de forma simplificada, consigam imitar a dinâmica e o comportamento coletivo de microrganismos como bactérias e microalgas que se locomovem utilizando diferentes mecanismos.

ARTIGO Science Advances: doi.org/10.1126/sciadv.abh1642