apă în mișcare
Teoria apei simplu superhidrofoba verificat prin experiment.
Toată lumea, probabil, a văzut vreodată picături de rouă pe petalele și frunze de plante, și se întreba de ce apa nu curge, și „așezat“ picătură? Acest lucru se datorează faptului că suprafața de frunze și petale, adică hidrofug hidrofobe.
Pe frunze de plante de apă adună în picături datorită cuticulei ceros hidrofob care acoperă suprafața acestora. (Fotografie de Staffan Enbom / Flickr.com.)
Microsferă atașat la o probă martor cu o forță microscop atomic, se deplasează spre suprafață superhidrofobă. (Foto: Taras Molotilin / MSU.)
Gradul de hidrofobie determinat de unghiul de contact dintre suprafața și picătură, și la o valoare mai mare de 150 ° este considerată suprafață superhidrofobă. Aceste suprafețe se găsesc în natură: de exemplu, frunza de lotus sau aripile anumitor insecte. Proprietățile Supergibrofobnye protejează suprafața împotriva coroziunii, contaminarea și t glacial. D.
Tehnologiile moderne permit să facă suprafață superhidrofoba folosind un spray sau suprafață de topografie specială, dar trebuie să înțelegem comportamentul lichidului în contact cu ea. Low Tatiana, Olga Vinogradova si colegii lor de la Universitatea de Stat din Moscova au dezvoltat o teorie semi-analitic care descrie comportamentul fluidului în apropierea suprafeței superhidrofoba, și testat experimental.
De obicei de suprafață „trage“ lichidul datorită atracției electrostatice dintre moleculele, care se numește forțe Van der Waals. Aceasta depinde de compoziția chimică și topografia suprafeței și compoziția fluidului și vâscozitatea acestuia, datorită lui, viteza de curgere a fluidului de-a lungul suprafeței poate fi foarte diferită de viteza de curgere în centrul fluxului.
În apropierea suprafețelor superhidrofobe ale fluxului de fluid are proprietatea neobișnuită că viteza sa nu este zero, chiar și în mod direct adiacent stratului de perete, adică lichidul nu este atras și alunecă de-a lungul suprafeței. Acest fenomen se numește alunecare hidrodinamice. Acesta a descris în urmă cu aproximativ 200 ani, dar de atunci au avut prea puțin interes, deoarece alunecarea hidrodinamic în practică nici un efect asupra fluxului total de lichid.
Situația sa schimbat în mod semnificativ odată cu apariția materialelor superhidrofobe în care hidrofobicitatea chimică a suprafeței este combinată cu un relief adecvat, de exemplu, caneluri fine sau microcolonii. „slide-uri“ apa de-a lungul airbag-urilor, care sunt formate în canelurile, aproape fără rezistență, și nu poate „lipi“ pentru pereți. Acest lucru crește foarte mult așa-numita lungime alunecare - caracteristica de bază a „lipirea“ la suprafața apei.
Noile teorii dezvoltate pentru lichidul în apropierea suprafețelor superhidrofobe pot prezice nu numai alunecare, dar, de asemenea, alte forme de comportament neobișnuit în apropierea suprafețelor anizotrope cu relief îndreptate într-o anumită direcție. Dar aici există unele efecte interesante într-un sens practic. De exemplu, în apropierea canelurile alungite acoperite de perete, care sunt îndreptate la un unghi față de fluxul principal, lichid este amestecat în mod activ, datorită faptului că se schimbă direcția de curgere. Un alt efect posibil - separarea lichidului suspendat în mărimea particulelor.
Pentru a măsura lungimea de fluid de-a lungul alunecare fizica suprafață superhidrofoba neomogen folosind un microscop de forță atomică (am descris-o deja cum funcționează). Mai mult, ei au putut să verifice corectitudinea teoriei care se descrie comportamentul fluidului la distanțe diferite de la o suprafata. In experiment, sonda microscop este coborâtă la o microparticulă suprafață sferică superhidrofoba cufundat într-un lichid, cu viteza de imersie a rămas constantă. Ar putea la unul și același timp cu mare precizie și pentru a urmări poziția microsferelor în canelura, și se măsoară forța exercitată pe ea de fluid. Compararea descrierii teoretice și experimentale a forței hidrodinamice, în funcție de distanța de la suprafața superhidrofoba posibil să se măsoare cu precizie lungimea de alunecare.
A se vedea, de asemenea:
