Новости химической науки > Микрорельеф понижает время контакта капли с поверхностью

Исследователи из США разработали относительно простой способ модификации водоотталкивающих поверхностей, основанный на том, что падающие на такую поверхность капли воды контактируют с ней гораздо меньшее время.

Предполагается, что результаты работы могут найти применение в тех областях, для которых критически важна минимизация времени контакта капли и поверхности – например, для тех случаев, когда замерзающий дождь падает на двигатель самолета.

Когда капля воды падает на супергидрофобную поверхность, например, лист лотоса, она уплощается, приобретая форму блина, после чего края этого «блина» начинают скручиваться, захватываться центром, в результате чего сферическая форма капли восстанавливается. Привычный подход к понижению времени контакта капли и поверхности основан на том, чтобы снизить взаимодействие между ними. Теоретически минимальное время контакта поверхность/капля должно реализовываться при нулевом сродстве поверхности к капле, то есть, в случае воды – супергидрофобности.

Однако, в результате новых исследований ученые из группы Крипы Варанаси (Kripa Varanasi) из Массачусетского Технологического Института смогли найти способ понизить время контакта поверхность/капля, доведя его до времени, меньше времени, считавшегося ранее теоретическим пределом.

Находка исследователей заключалась в нанесении на поверхность супергидрофобного фторсилана рельефа, состоящего из небольших граней, высота которых слегка меньше толщины водной пленки, образующейся при уплощении капли. При ударе капли о зарельефленную поверхность толщина уплощающейся капли становится неоднородной – меньше над «горами» микрорельефа и больше – в его «ложбинах.

Такая неоднородность толщины капли приводит к распаду капли на две или большее количество меньших по размеру капель, которые покрывают собой гораздо меньшую площадь, в результате чего эти «суб-капли» быстрее отскакивают от поверхности, существенно уменьшая время контакта капля-поверхность. Как отмечает Варанаси, относительная простая геометрия поверхности позволяет уменьшить время контакта на 40%, а в настоящее время исследователи пытаются сократить время контакта на 80 или даже 90%.

Исследователи обнаружили похожие микроскопические рельефные структуры на поверхностях, созданных природой – крыльях бабочек или листьях растений, однако Варанаси заявляет, что на настоящем этапе исследования вряд ли уместно говорить, что и в природе такие структуры служат для уменьшения времени контакта биологической поверхности с каплями воды.

Как отмечает Нейл Ширтклиффе (Neil Shirtcliffe), специалист по супергидрофобным поверхностям, новая работа является одной из тех, главная идея которой лежит, что называется, «на поверхности», но, несмотря на эту простоту, предсказать, во что выльется эта идея на практике, теоретически практически невозможно предсказать. Он добавляет, что работу нельзя рассматривать как новый рецепт для создания супергидрофобных поверхностей, это рецепт применения уже готовых супергидрофобных поверхностей для управления каплями воды, более того, подход можно распространить и на другие поверхности – на олеофобные и омнифобные.

Источник: Nature, 2013, 503, 385 (DOI: 10.1038/nature12740)

метки статьи: #биохимия, #нанотехнологии, #новые материалы, #химия поверхности, #химия полимеров