Ученые заставили капли подниматься по ступенькам

Prabh P. S. Seerha et al. / Physics of Fluids, 2017

Международная группа исследователей из Индии и Канады провела моделирование поведения капель на поверхностях с разной смачиваемостью. Оказалось, что при определенных условиях, капли могут самопроизвольно подниматься вверх по ступенькам из материалов с такими поверхностями. Исследование опубликовано в журнале Physics of Fluids.

Некоторые поверхности заставляют капли растекаться, тогда как на других капли остаются сферическими. Эта разница в поведении обусловлена разной смачиваемостью поверхностей. Смачиваемость зависит от того, как соотносятся силы взаимодействия частиц жидкости между собой и с частицами поверхности.

Исследователи решили использовать это свойство для того, чтобы заставить капли не стекать вниз под действием силы тяжести, а наоборот подниматься вверх. Для этого они смоделировали каскад ступеней с градиентом смачиваемости. Первая ступень имела низкую смачиваемость, то есть слабо притягивала воду. У каждой последующей ступени смачиваемость была немного выше предыдущей. Капля была шире, чем длина ступеней, поэтому ее передняя часть находилась на более гидрофильной поверхности и из-за этого образовывала меньший угол смачивания.

Выяснилось, что из-за разницы в углах смачивания в капле происходит циркуляция молекул. В месте контакта капли с границей ступеней молекулы устремляются вперед и заставляют ее подниматься вверх.

Ученые меняли условия моделирования, такие как размер капель, разницу в высоте ступеней, и градиент смачиваемости, и вывели некоторые закономерности. Оказалось, что чем больше размер капли, тем лучше она взбирается на ступени. Больший градиент смачиваемости и более пологая «лестница» также увеличивали эффективность. Сейчас ученые работают над подготовкой к экспериментальной проверке разработанной ими модели.

Один из способов создания поверхностей с разной смачиваемостью недавно нашли американские химики. Они создавали графеновые структуры из полимера с помощью лазера, а их смачиваемость регулировалась с помощью добавления в технологический процесс различных газов. А инженеры из Intel создали на основе супергидрофобной поверхности прототип системы охлаждения, в которой для отвода тепла используются прыгающие капли.

Григорий Копиев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.