Un descubrimiento sobre espumas podría revolucionar productos cotidianos

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio revelaron un hallazgo significativo sobre el comportamiento de las espumas, que ha desconcertado a los científicos durante años. Este nuevo estudio explica que el líquido se drena de las espumas mucho antes de lo que los modelos teóricos predicen, y la razón radica en la dinámica de las burbujas que componen la espuma.

Durante mucho tiempo, se pensó que el drenaje de las espumas se debía a que el líquido encontraba caminos para escapar. Sin embargo, el equipo de investigación descubrió que las burbujas no permanecen estáticas; en cambio, se reacomodan bajo presión, lo que abre pasajes para que el líquido se escape. Este hallazgo subraya la importancia de considerar los procesos dinámicos en el estudio de materiales suaves.

Los investigadores observaron que, en lugar de que el líquido fluyera a través de canales fijos, era la presión la que provocaba el movimiento y reestructuración de las burbujas. Este descubrimiento desafía la noción tradicional de que las espumas son estructuras fijas, sugiriendo que deben ser vistas como sistemas dinámicos donde la estructura misma puede cambiar.

El equipo, liderado por el profesor Rei Kurita, estudió sistemas de espuma simples creados con diferentes surfactantes para generar una variedad de tipos de espuma. Colocaron estas espumas entre placas transparentes y las posicionaron en posición vertical, permitiendo la observación directa del movimiento del líquido dentro de ellas.

Los experimentos mostraron un patrón consistente: la altura a la que comienza el drenaje es inversamente proporcional al contenido líquido de la espuma, independientemente del tipo de surfactante o del tamaño de las burbujas. Además, calcularon una "presión osmótica efectiva" para este proceso, que resultó ser mucho más baja de lo que se predecía basándose solo en el tamaño de las burbujas y la tensión superficial.

Al grabar videos dentro de la espuma, los investigadores notaron que el líquido no solo fluía a través de canales estáticos, sino que provocaba el movimiento y la reorganización de las burbujas. Identificaron el "estrés de fluencia" como el factor determinante, es decir, la cantidad de presión necesaria para mover y reorganizar las burbujas. Su modelo, basado en esta idea, predice con precisión las alturas de espuma en las que ocurre el drenaje.

Estos hallazgos cambian la manera en que los científicos piensan sobre el drenaje de espumas. En lugar de considerarlas como estructuras fijas, deben ser entendidas como sistemas dinámicos. El equipo espera que esta nueva perspectiva conduzca a una comprensión más profunda de los materiales suaves y ayude a guiar el diseño de productos mejorados basados en espumas. Este trabajo fue respaldado por el JSPS KAKENHI Grant Number 20H01874.