Физики создали жидкий МЭМС

Инженеры из Массачусетского технологического института разработали микроэлектромеханическую платформу, единственным движущимся элементом в которой является капля воды или любой другой жидкости. Под действием внешнего напряжения она может менять свою высоту с точностью в десять миллионных долей метра. Ученые подчеркивают, что в устройстве нет изнашивающихся от трения частей, как в традиционных МЭМС (микроэлектромеханических системах). Платформа может найти применение для фокусировки микроскопов или точном управлении положением зеркал в оптических системах. Об исследовании сообщает пресс-релиз института, статья принята к публикации в Applied Physics Letters.

Формой капли на поверхности того или иного материала управляет смачиваемость — или, если точнее, контактный угол между жидкостью, поверхностью и окружающей средой. К примеру, капля воды на гидрофильной поверхности стекла растекается, угол контакта между поверхностью капли и стеклом невелик. В случае гидрофобной поверхности (например, покрытой воском) капля собирается в шарик, а угол контакта превышает 90 градусов, доходя до 170 или почти 180 градусов в случае супергидрофобных поверхностей (эффект лотоса).

Смачиваемость поверхности можно изменить, используя внешние воздействия. Например, в каплю можно ввести электрод и подать напряжение между жидкостью и поверхностью. Тогда в капле и на поверхности возникнут разноименные, притягивающиеся друг к другу заряды. Капля растечется и контактный угол уменьшится. В феврале 2016 года команда физиков из MIT, университетов Иллинойса и Твенте обнаружила, что резким отключением напряжения (от 350 вольт до нуля) можно заставить каплю подпрыгнуть после растекания. Новая работа, при участии того же авторского коллектива из MIT, описывает более плавный контроль за поведением капли и необычное применение эффекта.

Роль электрода в новом эксперименте выполняла тонкая медная пластинка, лежащая на поверхности капель жидкости. На нее подавался переменный ток (около 150 вольт), заставлявший капли растекаться. Для того, чтобы зафиксировать положение капель, вся поверхность была сделана из гидрофобного материала, кроме участков для капель — они были гидрофильными. Изменяя приложенное напряжение физики контролировали высоту капель в диапазоне десятых долей миллиметра с точностью в десять микрон.

Авторы подчеркивают, что изменение высоты капли под действием электрического тока — не новая идея. Однако, ранее никто не использовал ее для создания подвижных платформ. Подбирая размер капель можно добиться не только подъема и спуска платформы, но и ее наклона на точно заданный угол. 

Ранее физики из Австрии, Бельгии и Швейцарии создали материал, меняющий свою смачиваемость под действием электрического тока из-за изменения структуры поверхности. Он представляет собой нитрид бора, нанесенный на родиевую поверхность. Материал интересен в первую очередь своей стабильностью — он способен выдерживать температуру вплоть до тысячи градусов. 

Владимир Королёв