Estudio de la dinámica de fluidos sobre silicio poroso nanoestructurado mediante microscopía holográfica digital

N. BUDINI; M. DE LOS MILAGROS, CITTA; V. POZZO; G. FRANCOIS; F. AGRETTI; R. URTEAGA

Santa Fe

Congreso; 104° Reunión de la Asociación Física Argentina; 2019

El estudio de materiales porosos nanoestructurados reviste mucho interés dado que éstos ofrecen diversas posibilidades en lo que respecta tanto a estudios fundamentales como al desarrollo de nuevas aplicaciones. Enparticular es interesante el estudio de cómo se comportan los fluidos al estar confinados en la nanoescala. El silicio poroso (SP) nanoestructurado es un material muy versátil que posee un gran potencial para aplicaciones de sensado. Debido a que el diámetro de los poros en esta estructura es del orden de los nanómetros, el SP conforma un medio ópticamente homogéneo en el rango de longitudes del espectro visible, lo que permite aplicar técnicas interferométricas para su estudio. Al entrar los poros en contacto con un lı́quido éste puede imbibirse de manera espontánea siendo impulsado por fuerzas capilares. La imbibición capilar es un fenómeno bien conocido, que ha sido ampliamente estudiado durante el siglo XX [1], pero el surgimiento de materiales nanoestructurados,dispositivos nanofluı́dicos y sistemas nanoelectromecánicos ha renovado el interés cientı́fico-tecnológico en esta área. La compleja dinámica de avance del frente de mojado durante la imbibición capilar de un lı́quido en SP está determinada por tres fenómenos coexistentes: infiltración del lı́quido, condensación desde vapor de aire y evaporación al ambiente a través de la membrana porosa. Un modelo que contempla el interjuego de estos tres procesos fue propuesto recientemente en [2], donde se realizó la caracterización del proceso mediante microscopı́a óptica. En este trabajo proponemos profundizar el estudio de la compleja interacción entre estos fenómenos utilizando la técnica de microscopı́a holográfica digital (MHD), la cual permite registrar imágenes holográficas amedida que el fluido se imbibe en el SP. Utilizando MHD es posible extraer numéricamente la información de fase de la luz reflejada en la muestra punto a punto. Por otro lado, la fase puede relacionarse en forma directa con la fracción de llenado de la estructura porosa y puede entonces brindar información acerca de cómo evolucionan los fenómenos de infiltración, condensación y evaporación del fluido que interactúa con la estructura.[1] J. M Bell and F. K. Cameron. The flow of liquids through capillary spaces. J. Phys. Chem. 10(8) (1906) 658-674.[2] R. Urteaga, M. Mercuri, R. Gimenez, M. G. Bellino, C. L.A. Berli. Spontaneous water adsorption-desorption oscillations in mesoporous thin films. Journal of Colloid and Interface Science 537(1) (2019) 407-413.