La paradoja de la hoja de té de Einstein podría ayudar a fabricar aerogeles – Física Mundial

Si agita una solución coloidal que contiene nanopartículas, es de esperar que las partículas se dispersen uniformemente en el líquido. Pero eso no es lo que sucede. En cambio, las partículas terminan concentradas en una región específica e incluso pueden agruparse. Este resultado inesperado es un ejemplo de la paradoja de la hoja de té de Einstein, y los investigadores de la Universidad de Tongji en China que la descubrieron –bastante por accidente– dicen que podría usarse para recolectar partículas o moléculas para su detección en una solución diluida. Es importante destacar que también podría utilizarse para fabricar aerogeles para aplicaciones tecnológicas.

Por lo general, agitamos un líquido para dispersar uniformemente las sustancias que contiene. El fenómeno conocido como la paradoja de la hoja de té de Einstein describe un efecto inverso en el que las hojas de una taza de té bien revuelta se concentran en un área con forma de rosquilla y se juntan en el centro inferior de la taza una vez que cesa la agitación. Si bien esta paradoja se conoce desde hace más de 100 años y se entiende que es causada por un efecto de flujo secundario, hay pocos estudios sobre cómo se manifiesta en las nanopartículas en una solución agitada.

Líquido “apretando”

Investigadores dirigidos por Ai Du de la Facultad de Ciencias Físicas e Ingeniería de Universidad de Tongji En Shanghai han simulado ahora cómo se mueven las esferas de nanopartículas de oro dispersas en agua cuando se agita la solución. Cuando calcularon la distribución de la velocidad del flujo del fluido, descubrieron que la velocidad a la que se mueven las partículas parece seguir la velocidad del flujo del fluido.

"Curiosamente, al dividir todo el contenedor en varios sectores, también observamos que la región de alta velocidad impulsada por el agitador era también la región en la que se agregaban las partículas", explica Du. "Creemos que este fenómeno probablemente se debe a la 'expresión' directa del líquido creado por el agitador y proviene de las diferencias de masa entre las nanopartículas y la fase líquida".

Du dice que él y sus colegas descubrieron el efecto por accidente, gracias a un paquete de hojas de té Longjing que Du recibió de un amigo como regalo. "Bebo este té en mi oficina casi todos los días laborables", cuenta Du. “En China tenemos muchas formas diferentes de preparar té, pero yo elegí el método más sencillo: añadir agua caliente a una taza que contiene el té suelto. Si bien disfruto mucho el momento del té, limpiar la taza es menos placentero. No puedes tirar las hojas de té directamente al fregadero ya que esto bloquearía los desagües, así que agrego un poco de agua a mi taza y luego vierto rápidamente el contenido en un bote de basura con malla para té. Tengo que repetir este proceso varias veces ya que algunas hojas de té siempre terminan pegándose a las superficies internas de la taza. Esto es un desperdicio de agua y de mi tiempo.

"Un día recordé la paradoja de la hoja de té de Einstein", cuenta Mundo de la física, “así que intenté rotar la mezcla de hojas de té y agua girando rápidamente la taza. De esta manera logré deshacerme de todas las hojas y el agua de una sola vez”.

Acelerar la gelificación

Du habló sobre este episodio (y la teoría asociada) con uno de sus estudiantes de doctorado, Zehui Zhang, quien, por coincidencia, estaba teniendo problemas con un experimento en el que intentaba preparar aerogeles de oro de alta pureza dispersando nanopartículas de oro en un solución acuosa de cloro. Zhang había elegido una técnica sencilla para preparar el aerogel que no implicaba tensioactivos, pero este enfoque significó que tuvo que esperar casi una semana para que las nanopartículas de oro sedimentaran. Calentar la solución tampoco aceleró significativamente la agregación.

La mezcla coloidal existe en hasta seis fases a la vez

"Descubrió que al agitar la solución, la gelificación se producía en sólo 20 minutos", dice Du. “Discutimos el mecanismo y concluimos que probablemente fue causado por la paradoja de la hoja de té de Einstein. Esto nos impulsó a estudiar el efecto con más detalle”.

Du dice que el nuevo método, que se detalla en Science Advances, podría ayudar a fabricar otros aerogeles en el futuro y él y sus colegas ya han comenzado a preparar diferentes tipos de aerogeles de metales y óxidos para probar su técnica. "El efecto de concentración localizada en el flujo laminar también se puede utilizar para recolectar partículas o moléculas de una solución diluida, lo que podría usarse para la detección de rastros en ciencias biológicas e ingeniería ambiental", afirma.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/einsteins-tea-leaf-paradox-could-help-make-aerogels/