Немецкие физики дали новое определение супергидрофобности

Физики из Института полимерных исследований Общества Макса Планка впервые провели микроскопическое измерение наступающего и отступающего краевых углов во время скатывания капли воды с супергидрофобной поверхности. По результатам работы ученые предложили новое определение супергидрофобных материалов, основанное на значении отступающего краевого угла. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Авторы использовали поверхность, на которой в регулярной последовательности располагались круглые цилиндры с заданной высотой и площадью основания. Для придания этой текстуре химической гидрофобности ее покрывали фторсодержащим силаном.
На полученную супергидрофобную поверхность помещали каплю воды, а установку наклоняли до определенного угла (примерно 9 градусов), при котором капля начинала скатываться. Далее физики измеряли краевой угол, которые образуется между поверхностью капли и плоскостью супергидрофобной подложки.

Поскольку на супергидрофобной поверхности значение краевого угла очень велико, макроскопические методы не позволяют достоверно его определить. Кроме того, для этой величины характерен гистерезис: наступающий (advancing) угол во «фронтальной» части капли обычно больше, чем отступающей (receding) угол в «задней» части.

Используя

, авторам удалось точно измерить значение обоих краевых углов. Оказалось, что наступающий угол достигал 180 градусов, или даже превышал это значение, если капля немного проваливалась в пространство между колоннами. При этом отступающий угол имел критическое значение, выше которого капля отлипала от одной колонны и перескакивала на следующую.

Авторы отметили, что до сих пор определение супергидрофобных материалов основывалось на значении равновесного контактного угла (выше 150 градусов на ненаклоненной поверхности) и на величине гистерезиса (максимальной разнице между наступающим и отступающим краевыми углами). Согласно новым данным, наступающий угол легко может достигать 180 градусов для различных текстур, при этом макроскопически его практически невозможно измерить, так как по фотографии капли невозможно определить точное положение границы между жидкостью, газом и твердым веществом. По этим причинам, наступающий краевой угол он не может служить достоверной характеристикой материала.

Ученые предлагают использовать минимальное значение отступающего угла как единственный критерий супергидрофобной поверхности, так как значение, измеренное при помощи микроскопа, совпало с результатами макроскопических измерений. По мнению авторов, такой подход позволит упростить класификацию супергидрофобных материалов в будущем.

Супергидрофобные материалы получили широкое распространение в качестве водоотталкивающих покрытий. Их используют в качестве

или противотуманных средств. Кроме того, с помощью супергидрофобных материалов планируют управлять

в промышленных водонагревателях.