Cómo se agrieta una gota con nanopartículas sobre el vidrio exprés
Una gota de café sobre la mesa se seca y deja un anillo: las partículas de café se acumulan en el borde. Si en la gota flotan nanopartículas cargadas, el panorama se enriquece: el sedimento se agrieta como barro en un charco seco. Los físicos estudiaron cómo la carga de las partículas y la superficie sobre la que se seca la gota modifican estas grietas.
En los experimentos se usaron dos tipos de nanopartículas de sílice: unas con carga negativa y otras con carga positiva. Las gotas con ellas se secaron sobre vidrio, poliestireno y teflón, superficies con diferente mojabilidad. Las partículas con carga negativa siempre produjeron grietas radiales que se extendían desde el centro, como los radios de una rueda. Las de carga positiva, líneas quebradas y aleatorias. Con alta concentración de partículas, el sedimento se volvía grueso y se desprendía del sustrato, especialmente sobre vidrio, que se moja bien.
Las mediciones mostraron que la distancia entre grietas y su longitud cambian con la concentración de partículas según una ley de potencia, como el área de un cuadrado crece con la longitud del lado. Esto significa que el patrón se puede predecir de antemano. Estos conocimientos serán útiles en la producción de recubrimientos y en la impresión de electrónica, donde es importante cómo se seca una gota de tinta con nanopartículas.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2601.17655
The drying of colloidal suspensions leads to complex deposition patterns, accompanied by instabilities such as cracking and delamination. In this study, we experimentally investigate the coupled influence of particle surface charge and substrate wettability on the evaporation dynamics, final deposition morphology, and crack patterns of sessile droplets containing silica nanoparticles. We examine the dynamics of two types of colloids, namely the negatively charged colloidal silica nanoparticles (Ludox TM50) and the positively charged silica nanoparticle (Ludox CL30), at concentrations ranging from 0.1 to 5.0 weight percentages, deposited on glass, polystyrene, and polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates with distinct wettability. Side and top-view imaging techniques are employed to capture the evaporation process and analyze the resulting cracks. Our results reveal that the nature of the particle charge and substrate wettability significantly affect the evaporation mode, with transitions observed between constant contact radius (CCR), constant contact angle (CCA), and mixed modes. TM50-laden droplets consistently exhibit radial cracks, whereas CL30 droplets display more randomly oriented and irregular cracks. At higher particle concentrations, TM50 suspensions form thicker deposits that undergo delamination, particularly on highly wettable substrates like glass. Quantitative analysis reveals that crack spacing and length follow power-law relationships with particle concentration. Additionally, the delamination behavior is strongly influenced by both the particle concentration and the type of substrate. We propose a mechanistic framework to explain the role of particle-substrate interactions in governing the observed cracking and delamination behaviors.
Si se seca una gota con partículas de carga negativa sobre teflón, las grietas resultan especialmente uniformes: el teflón casi no se moja y la gota se contrae de manera homogénea.