Modellare la superficie dell’acqua con strutture microscopiche stampate in 3D
Un gruppo di ricerca dell’Università di Liegi, in collaborazione con la Brown University, ha sperimentato un metodo per controllare la forma di un liquido sfruttando la tensione superficiale. Al centro dell’innovazione ci sono microstrutture coniche, realizzate tramite stampa 3D, capaci di generare menischi sovrapposti che definiscono rilievi e pendenze sulla superficie dell’acqua.
Principio di funzionamento delle micro-spine
Ogni punta stampata introduce un piccolo menisco attorno alla sua base: si tratta di una curvatura indotta dalle forze capillari fra liquido e aria. Disposte con precisione a breve distanza l’una dall’altra, queste spine creano un “mega-menisco” formato dalla somma dei singoli effetti. Variazioni minime nell’altezza, nell’angolo di inclinazione e nella spaziatura delle punte permettono di ottenere superfici inclinate, cupole o persino sagome complesse ispirate a strutture architettoniche.
Fasi sperimentali e materiali utilizzati
I ricercatori hanno impiegato un sistema di stampa stereolitografica per produrre punte in resina conica alte alcuni millimetri e diametro di pochi decimi. Queste punte sono state montate su una base trasparente, in modo da osservare direttamente la deformazione del liquido. Sono stati esplorati diversi parametri di stampa e geometrie, testando l’interazione dei menischi con liquidi di varia composizione (acqua distillata, soluzioni saline, fluidi polimerici). Inoltre, in uno degli esperimenti, il team ha riprodotto in miniatura la forma dell’Atomium di Bruxelles sulla superficie di una vasca d’acqua.
Applicazioni per la microfluidica e la pulizia
Modificando l’inclinazione della superficie, è possibile far muovere particelle di diverso peso specifico: gocce di olio e microsfere leggere risalgono la pendenza per spinta di Archimede, mentre particelle più dense seguono il percorso inverso, scivolando in discesa come su un piccolo pendio acquatico. Questa capacità di separazione senza canali o pompe offre opportunità per la manipolazione di fluidi in dispositivi di laboratorio, per la raccolta di microplastiche da soluzioni acquose e per processi di micro-pulizia di componenti elettronici e ottici.
Prospettive di dinamizzazione con materiali reattivi
Per estendere le funzionalità del sistema, gli studiosi intendono sostituire le punte rigide con materiali “attivi” in grado di modificare forma e altezza in risposta a stimoli esterni, come campi magnetici o variazioni di temperatura. Un array di punte controllate elettronicamente potrebbe generare superfici liquide mutevoli in tempo reale, aprendo la strada a innovazioni in automazione di laboratorio, dispositivi diagnostici e interventi ambientali mirati.
Implicazioni per l’industria e l’ambiente
Aziende nel settore della microfluidica, della purificazione delle acque e del trattamento di superfici ad alta precisione stanno già osservando con interesse questi sviluppi. La possibilità di gestire flussi liquidi e particelle senza parti mobili riduce costi di manutenzione e usura, e supporta la realizzazione di sistemi compatti e facilmente integrabili nei processi esistenti.
