Создана супергидрофобная поверхность из лезвий для бритвы

Японские физики создали супергидрофобную поверхность из обыкновенных лезвий для бритвы, сложенных в стопку. Капли воды отскакивали от такого материала, а краевой угол составил около 160 градусов, что в два раза больше, чем на плоской поверхности из нержавеющей стали. Препринт исследования выложен на arxiv.org.

Авторы исследовали три различных поверхности, отличавшихся между собой расстояниями между лезвиями. В эксперименте измерялись краевые углы капель воды, сброшенных на поверхность с небольшой высоты.

Полученные значения краевых углов (147-171 градус) были характерны для супергидрофобных поверхностей, хотя сталь сама по себе является гидрофильной, а никаких дополнительных покрытий в эксперименте не использовалось. Авторы предложили теоретическую модель, описывающую устойчивость супергидрофобного состояния в зависимости от характерных размеров капли и рельефа поверхности.

Согласно теории, ключевым для системы параметром было число Вебера, определяющее отношение инерции капли к ее поверхностному натяжению. При больших скоростях падения число Вебера могло превысить критическое значение, в этом случае капля «пробивала» зазор между лезвиями и миновала супергидрофобное состояние. Кроме того, важным оказалось соотношение радиуса капли и ширины зазора: для него также существовал порог, ниже которого капля просачивалась между лезвиями.

Явление супергидрофобности на неровных поверхностях возникает благодаря тому, что на твердой поверхности могут существовать полости, заполненные воздухом. Обычно это достигается за счет специального рельефа, а также гидрофобного химического покрытия, препятствующего заполнению полостей жидкостью. На таком материале капля оказывается в состоянии Касси или «состоянии факира»: она касается лишь вершин рельефа, поэтому со стороны может показаться, что капля «сидит на иголках».

Супергидрофобные поверхности применяются для водоотталкивающих материалов и защиты от обледенения. Кроме того, на них возникает эффект под названием «гидрофобное скольжение», благодаря которому жидкость движется гораздо быстрее вблизи таких поверхностей по сравнению с обычными гидрофильными материалами. Это может быть использовано, например, для создания костюмов для спортсменов-пловцов, чтобы снизить трение о жидкость. Также эффект скольжения широко используется в микрофлюидике для уменьшение вязкого сопротивления в очень тонких каналах.