В природе можно отыскать множество различных проявлений такой способности жидкости подниматься вверх по тонким трубкам за счет поверхностного натяжения, в частности, именно так вода распространяется от корней растений на десятки метров вверх к листьям (капиллярность). Ученые из Рочестерского университета (США) изготовили слиток металла с нанопористой структурой, который демонстрирует аналогичные свойства и, при этом, поднимает воду с такой скоростью, которой позавидовала бы и природа.

Физики из группы профессора оптики Чунлэй Го (Chunlei Guo) Рочестерского университета продемонстрировали технологию обработки металла с помощью лазера, которая позволяет жидкости подниматься по поверхности пластины. По словам проф. Го, исследователи научились изменять структуру поверхности практически любых образцов металла и регулировать ее взаимодействие с жидкостью и даже контролировать направление течения жидкости. Результаты исследований находятся в публикации в журнале Applied Physics Letters (Metal pumps liquid uphill)

Слиток металла, модифицированного по методу проф. Го, поднимает воду из поддона (фото Рочестерского университета)

Для модификации свойств металла д-р Го и его ассистент Анатолий Воробьев использовали фемтосекундный лазер, излучение которого создает нано- и микроразмерные выемки и дорожки на поверхности. Полученные наноструктуры вносят коррективы во взаимодействие молекул воды и металла: при определенной конфигурации поверхности молекулам жидкости становится «выгоднее» распространяться вверх по металлу. На настоящий момент ученым удалось достичь скорости подъема воды примерно 1 мм/мин, что далеко не предел, и авторы вскоре рассчитывают существенно её повысить.

Д-р Го считает, что подобную технологию можно с успехом применять в медицине, в частности для быстрых анализов крови – для проведения анализа будет достаточно буквально капли крови, которая по заданному пути дойдет до сенсора. Другим, необычным медицинским применением технологии может стать модификация поверхности с целью «отталкивания» микробов, что ученые подтвердили экспериментально. Авторы также сумели создать гидрофобную поверхность, размножение микробов на которой затруднено. Поскольку последние, в основном, состоят из воды, их размножение на подобного рода поверхностях просто невозможно, как отмечает проф. Го.

Короткоимпульсный лазер, использованный учеными в данном исследовании, был разработан в группе проф. Го пару лет назад, а его применения в различных областях (например, для создания металла со специфической наноструктурой, обладающей избирательными оптическими свойствами) описаны авторами неоднократно, последнее – буквально несколько дней назад в статье в журнале Applied Physics Letters и на сайте Университета.

Проф. Чунлэй Го на фоне фемтосекундного лазера (фото с сайта Рочестерского университета).

Данные исследования финансируются Национальным фондом научных исследований США и Департаментом научных исследований ВВС США

Евгений Биргер