Физики заставили капли скакать на геле

Ученые из институтов США, Франции и Нидерландов объяснили механизм скольжения капель жидкости по мягким поверхностям, например, гелям. Необычное ступенчатое движение капель оказалось следствием образования «гребня» на границе трех фаз, с которого жидкость каждый раз «скатывается». Работа опубликована в Nature Communications.

Авторы измеряли краевой угол и скорость растекания капель воды на поверхности силиконового геля. Для этого в каплю, помещенную на поверхность, дополнительно закачивали воду, чтобы она начала расползаться. Поначалу линия трехфазного контакта оставалась на месте (это явление называется пиннинг), но краевой угол изменялся вследствие увеличения объема капли. При критическом значении краевого угла (39±3 градуса) линия контакта «отрывалась» и двигалась скачком.

Главной особенностью новой работы стало образование «гребня» под линией трехфазного контакта вследствие действия капиллярных сил. На обычных твердых поверхностях этого воздействия недостаточно, чтобы деформировать подложку, однако на мягких субстратах образуется гребень. Когда краевой угол превышал критическое значение, капля отрывалась и скатывалась. Однако как только она замедлялась, образовывался новый гребень и линия контакта вновь прилипала. Таким образом растекание капли происходило скачками.

Явление пиннинга уже хорошо изучено, однако впервые экспериментально удалось продемонстрировать связь между критическим краевым углом и скачкообразным движением на мягких поверхностях. Авторы предполагают, что новые данные найдут применение в исследовании биологических объектов. Кроме того, описанный эффект может быть использован для создания «микрореометров» размером с одну каплю, позволяющих изучать свойства течений жидкостей на масштабах в несколько микрон.