Крипа Варанаси (Kripa Varanasi), инженер-механик из Массачусетского технологического института, и его коллеги создали новую текстурированную поверхность с особыми свойствами, которая способна отталкивать капли любой жидкости намного быстрее, чем предыдущие материалы-рекордсмены (кратко об этом мы уже писали).

Материаловеды и инженеры достигли определённых высот в создании материалов и покрытий, способных очень быстро отталкивать капли воды или любой другой жидкости. Скорость, с которой капли отскакивают от поверхности, является важной характеристикой искусственных материалов и зависит от нескольких параметров.

Крипа Варанаси (Kripa Varanasi), инженер-механик из Массачусетского технологического института, и его коллеги создали новую текстурированную поверхность с особыми свойствами, которая способна отталкивать капли любой жидкости намного быстрее, чем предыдущие материалы-рекордсмены.

«Тот момент, когда капли касаются поверхности, очень важен, поскольку он контролирует обмен массами, импульсом и энергией между жидкостью и материалом. Если заставить капли отскакивать быстрее, то можно заработать массу преимуществ», — говорит Варанаси.

Ранее учёные считали, что время контакта между каплей и поверхностью минимально в том случае, когда частички жидкости распределяются симметрично по пласту материала, перед тем как отскочить прочь. Но Варанаси и его команда показали, что

текстурированная поверхность способна заставить капли распределяться и отскакивать асимметрично, и происходит это даже быстрее, чем вообще считалось возможным.

Рис. 1.

Учёные в рамках своего эксперимента использовали водоотталкивающий материал, который затем модифицировали таким образом, чтобы на его поверхности образовались неровности высотой в 0,1 миллиметра.

После этого они записали процесс падения и отталкивания капель жидкости на высокоскоростную камеру, которая снимает до 10 тысяч кадров в секунду. Из-за неровностей на поверхности жидкость при падении распределялась асимметрично и отскакивала значительно быстрее от ребристого материала, чем от точно такого же, но полностью гладкого.

Время контакта капель с новой текстурированной поверхностью сократилось на 37% по сравнению аналогичными, но гладкими материалами. Расчёты, выводы и описание эксперимента исследователи приведи в статье, опубликованной в журнале Nature.

Чтобы увеличить массу падающих капель и тем самым усложнить задачу материалу, инженеры заменили воду на расплавленное олово. На любой поверхности без выступов, жидкий металл быстро затвердевает, но эффект от неровностей оказался столь действенным, что капли олова успевали отскочить, прежде чем застыть, не оставляя на ней следов.

Рис. 2.

Всё это, конечно, хорошо. Но встаёт вопрос о практическом применении данного открытия. Варанаси утверждает в пресс-релизе, что такому материалу найдётся немало работы. К примеру, его можно использовать для предотвращения образования льда на поверхности, подвергающиеся воздействию града и снега, а также для борьбы со скоплением влаги в паровых турбинах.

Исследователи заинтересовались, способны ли на такую высокую скорость отторжения жидкости какие-либо природные материалы. В офисе Варанаси стоял горшок с настурцией (Tropaeolum majus) и он решил повторить эксперимент, взяв вместо текстурированного материала листья растения. Так же как и искусственный материал, настурция заставляла капли распределяться асимметрично и быстро отталкивала их.

После растений в ход пошли представители фауны: учёные взяли для эксперимента крылья бабочки Морфо дидус, которые также отличаются ребристостью. Как показал опыт,

и листья настурции, и крылья бабочки отталкивали жидкость быстрее, чем даже самый лучший гидрофобный природный материал — листья лотоса.