Ученые усовершенствовали эффект термокапиллярности

14.10.2016, 05:09 Наука

Команда ученых Массачусетского технологического института разработала новый способ перемещения капель жидкости по поверхности контролируемым образом. Метод может открыть новые возможности для новых микрофлюидальных устройств, технологий антиобледенения, самоочищающихся поверхностей и высокоэффективных конденсаторов.

Новая система использует разницу в температуре, которая подталкивает капельки воды или других жидкостей по гладкой поверхности, позволяя точно контролировать их маршрут, просто нагревая и охлаждая поверхность.

Различия в температуре на поверхности вызывают изменение в поверхностном натяжении капли, но метод работает только в случае, если поверхность обработана соответствующим образом.

Ученые во главе с Kripa Varanasi провели текстурирование поверхности на микроуровне, а затем пропитали слоем масла. Эта смазка делает поверхность скользкой для капель. Кроме того, капли имеют относительно большую площадь контакта с поверхностью, что позволяет ей перемещаться с более высокой движущей силы. В противоположность этому, капельки на супергидрофобных поверхностях, не двигаются, так как их площадь контакта слишком мала и градиента температуры не будет достаточно для движения.

Основной эффект термокапиллярного движения был продемонстрирован ранее другими исследователями, но и в этих случаях процесс требует очень больших температурных различий, что делает его непригодным для большинства практических применений. Новая система, благодаря скользкой поверхности, требует гораздо меньших изменений температуры и значительно ускоряет движение капель, продвигая их до 10 раз быстрее.

«Давно предпринимались попытки использовать термокапиллярность для приведения в движение капель воды на поверхности», говорит Varanasi, но только сейчас «капельки могут быть перемещены при значительных скоростях», что особенно полезно для многих приложений.

Лежащая в основе физика аналогична «слезы» видели в бокалов, где разница поверхностного натяжения, вызванные испарением спирта может привести к образованию капель вина путешествовать вверх по стороне стекла. В этом случае также, термокапиллярный движение обусловлено различием поверхностного натяжения в различных частях капельке.

Процесс также может найти применение в таких областях, как антиобледенительные системы самолетов и других поверхностей, или в разработке мощных конденсаторов. Концепция также может найти применение для исследований в космосе, в условиях микрогравитации.