Намибийские жуки научили исследователей управлять обледенением

Обледенение на поверхностях с хаотическим (слева) и структурированным расположением точек кристаллизации.

Фотография: Virginia Polytechnic Institute and State University

Исследователи из Политехнического университета Вирджинии придумали способ контролировать процесс обледенения плоских поверхностей. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature, а их краткое изложение приводит Phys.org. При помощи нанесения на поверхность в строгой последовательности капель гидрофобных и гидрофильных веществ исследователи сумели упорядочить и четко определить местоположение точек кристаллизации. На это открытие ученых вдохновили намибийские пустынные жуки Stenocara gracilipes.

Исследователи провели эксперименты с разными типами расположения и чередования гидрофобных и гидрофильных зон на поверхности кремниевой пластины. При производстве на кремниевую пластину наносилась гидрофобная подложка, а на нее (методом фотолитографии) гидрофильные зоны. Опыты производились при охлаждении образцов пластин с десяти градусов Цельсия до минус десяти градусов Цельсия за 30 секунд.

По итогам экспериментов ученые выяснили, что чем дальше расположены друг от друга центры кристаллизации, тем меньше вероятность обледенения поверхности. При конденсации пара на поверхности с упорядоченным расположением точек кристаллизации образуются капельки переохлажденной воды, которые затем кристаллизуются в лед. Через коротки промежуток времени эти кристаллики льда высыхают или значительно уменьшаются, а ледяная корка не образуется. Обычные плоские поверхности имеют на себе множество хаотически расположенных зон кристаллизации. При конденсации пара на таких поверхностях капли переохлажденной воды могут объединяться, а начало кристаллизации льда в одной из них приводит к цепной реакции по всей поверхности. 

Панцирь жука Stenocara gracilipes покрыт множеством выступов-бугорков, расположенных в строго определенной последовательности. Они формируют систему обеспечения жука, обитающего в пустыне Намиб, водой. Водяной пар, возникающий в пустыне по утрам, конденсируется в воду на поверхности этих бугорков, после чего капельки воды скатываются в ложбинки между ними и постепенно перемещаются к ротовому отверстию жука. 

По словам ученых, управление обледенением поверхностей может быть полезным при создании различных систем охлаждения.

Василий Сычёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.