Как бы вам понравилась кухонная поверхность, которая самоочищается? Технологические достижения, подобные этому, могут стать еще на один шаг ближе после прорыва Университета Нортумбрии и Университета Ноттингем Трент.
Используя экспериментальные методы, исследователи сделали первое прямое наблюдение неуловимого процесса удаления влаги, который происходит, когда жидкая пленка втягивается, образуя каплю в форме шарика. Достижение может дать начало новому направлению исследований и привести к прорывам, связанным с использованием жидкостей, таких как более качественные покрытия и более эффективные самоочищающиеся поверхности.
Удаление влаги противоположно «растеканию», знакомому процессу, который можно наблюдать изо дня в день, например, когда капля масла помещается на поверхность сковороды. Жидкость изначально имеет форму бусинок и медленно растекается, образуя тонкую пленку. Противоположный процесс, называемый осушением, происходит, когда пленка жидкости отделяется от твердого тела, образуя каплю в форме шарика, которую можно наблюдать, когда мокрое окно оставляют для высыхания.
Детали удаления влаги чрезвычайно важны в любой ситуации, связанной с удалением или сушкой жидкости. Несмотря на кажущуюся простоту, прямое наблюдение полного высыхания капли в единую каплю оставалось неуловимым и труднодостижимым до недавнего эксперимента Нортумбрии и Ноттингема Трента..
В недавней статье в журнале Science Advances исследовательская группа предложила гениальное решение этой проблемы. Используя новый метод, известный как диэлектросмачивание, они использовали электрические свойства жидкостей, чтобы заставить жидкость покрывать твердую поверхность с помощью приложенного напряжения.
Профессор Глен Макхейл, проректор (инженерия и окружающая среда) Университета Нортумбрии и профессор прикладной физики и физики материалов, сказал: «Наша экспериментальная установка открывает возможность очень контролируемого приготовления жидких форм, который затем высыхает. Это может привести к появлению новых методов манипуляций с жидкостями в таких технологиях, как нанесение покрытий и самоочищение поверхностей».
Внедрив очень тонкие узорчатые электроды в твердое тело и тщательно расположив их в виде круглого узора, команда добилась образования тонкой круглой жидкой пленки. Отключив напряжение, они впервые обнаружили полный процесс высыхания жидкой пленки, возвращающей ее к форме капли, похожей на бусину.
“На первый взгляд можно было бы ожидать, что удаление влаги – это всего лишь обращение во времени распространения. Удивительно, но мы обнаружили, что осушение не распространяется в обратном направлении», - сказал профессор Карл Браун из Школы науки и технологий Ноттингемского Трентского университета.«Вместо плавной последовательности каплевидных форм влагоудерживающая пленка образует ободок на собственном краю, который втягивается с постоянной скоростью на протяжении большей части процесса влагоудаления».
Чтобы понять это поведение, команда использовала комбинацию теории и численного моделирования для рационализации экспериментов. Доктор Родриго Ледесма-Агилар из Нортумбрии сказал: «И моделирование, и теория подтверждают, что жидкость имеет тенденцию принимать форму, наиболее близкую к локальному равновесию, которую она может во время удаления влаги. Это объясняет гладкую форму обода, которая сохраняется на протяжении большей части процесса».
Эндрю Эдвардс из Университета Ноттингем Трент, первый автор статьи, сказал: «Раскрытие динамики обезвоживающей пленки во всех ее деталях было умопомрачительным опытом. Это мой первый оригинальный вклад в качестве аспиранта, который позволил мне применить ряд знаний, полученных на моей первой степени в качестве физика. Очень приятно видеть, как эксперименты так хорошо описываются теорией и моделированием.”
Доктор Майкл Ньютон из Ноттингемского Трентского университета добавил: «Наш метод можно использовать для получения дополнительной информации о физике, лежащей в основе других явлений осушения, таких как конденсация, испарение и отскок капель. Эти процессы имеют решающее значение для таких применений, как улавливание тумана, нанесение покрытий и смазка. Разработанный метод можно также использовать для характеристики свойств жидкости, когда доступны только небольшие объемы».