Estudio experimental sobre fluidos magneto-reológicos mediante video-microscopía y análisis de imágenesdinámica, estructura y aplicaciones en microfluídica

Résumé

En la presente memoria, exponemos un estudio experimental acerca de la utilización de partículas paramagnéticas en suspensiones acuosas (fluidos magneto-reológicos o fluidos MR). Estas partículas suelen tener un tamaño del orden de micrómetros y poseen la propiedad de que cuando se aplica sobre ellas un campo magnético externo adquieren un momento magnético inducido. Los momentos magnéticos de cada partícula interaccionan entre sí y se alinean en la dirección del campo magnético, de forma que producen una agregación irreversible de las partículas para formar estructuras mayores, normalmente en forma de cadenas o columnas. En este trabajo centramos nuestra atención en estudios que permitan iniciar, desarrollar o mejorar posibles aplicaciones de los fluidos MR. Por ejemplo, los dispositivos basados en fluidos MR generalmente son sistemas que funcionan en conmutación y con el fluido oponiéndose al movimiento relativo de las partes sólidas, obteniéndose un flujo de cizalla. Estas partículas magnéticas también se utilizan habitualmente en investigaciones relacionadas con la manipulación celular, la medicina o la bioingeniería. Los procesos de crecimiento, agregación e interacción entre las partículas o las cadenas que se forman en este tipo de procesos son de gran interés en aplicaciones industriales y como sistema modelo agregación en Física Estadística. A través de un sistema experimental basado en la video-microscopía óptica y en la captura y posterior análisis informático de las imágenes obtenidas a través de este sistema, conseguimos un excelente marco para el estudio de estos procesos. Es más, resulta de gran interés práctico conocer como las cadenas se deshacen cuando el campo magnético deja de ser aplicado, como ya hemos mencionado anteriormente, para el diseño de dispositivos de encendido y apagado, proceso al que llamamos de desagregación. Estudiamos la dinámica de ambas situaciones, tanto a través de los experimentos de video-microscopía como a través de simulaciones de dinámica browniana. También estudiamos la morfología de las cadenas a través de las dimensiones fractales calculadas a partir de las imágenes y la microestructura de la suspensión cuando no hay ningún campo aplicado. Por último mostramos una novedosa técnica de manipulación de gotas empleando campos magnéticos y superficies superhidrofóbicas denominada microfluídica discreta magnética.