Коллектив российских физиков под руководством Ольги Виноградовой изучил поведение жидкости на сложных гидрофобных поверхностях. Учёные выяснили, что характеристики супергидрофобных поверхностей можно описать с помощью элементарных геометрических понятий.
Супергидрофобными называются поверхности, которые абсолютно не впитывают воду и не дают ей растекаться; на них жидкость собирается в капли. Такие поверхности существуют в природе; например, это лист лотоса, имеющий особую текстуру и поэтому не смачивающийся водой. Достоинством таких поверхностей является то, что на них не скапливаются снег, лёд и всевозможная грязь. В физике даже был введён термин – «эффект лотоса», описывающий данное поведение вода на листе этого растения. Считается, что лотос и другие растения с подобными листьями выработали это свойство в процессе эволюции для защиты от появления микроорганизмов, грибков и водорослей. Помимо особого рельефа, листья этих растений покрыты специальной оболочкой из веществ, проявляющих высокую гидрофобность (как в столах-мойках). Ещё одно характерное растение, обладающее «эффектом лотоса», имеет характерное название – водосбор. Ребристая структура стеблей кактусов и их толстая восковая оболочка также являются примерами супергидрофобного эффекта: попавшая на стебель вода собирается в тяжёлые капли и стекает прямо к корням.
Супергидрофобная поверхность становится также очень скользкой. Это создаёт возможности для изготовления каналов, стенки которых имеют такую структуру. Скользящие свойства такой поверхности появляются за счёт того, что она захватывает пузырьки газа, создавая своеобразную воздушную подушку.
Течение в таких каналах подверглось тщательному изучению. Оказалось, что на его характер влияют глубина, толщина и форма канавок, а также угол наклона и наличие поворотов. Если эти параметры контролировать и изменять, то можно управлять течением жидкости. Однако загадкой оставались точные характеристики влияния супергидрофобных поверхностей на течение жидкости. Поскольку строение системы очень сложное, то физикам приходилось ограничиваться упрощёнными моделями, а это снижало возможности её использования. Например, для упрощения полагалось считать, что пузырьки газа создают области совершенно без трения, хотя, как известно, полное отсутствие трения в материальном мире невозможно.
Течение жидкости вдоль газового «пузырька», захваченного в полости супергидрофобной поверхности
В своей нынешней работе учёные использовали ряд новаторских методик, которые помогли точнее описать процессы, происходящие на супергидрофобных поверхностях. Оказалось, что уровень скольжения воды по канавкам с газом зависит от их глубины, однако лишь до определённого предела; для достаточно глубоких канавок уровень скольжения определяется только их шириной и наклоном стенок в местах контакта газа и жидкости. Также стало известно, что вдоль канавок жидкость скользит значительно быстрее, чем поперёк них.
Результаты исследований позволят проектировать и создавать более совершенные системы, такие как устройства для анализа биологических образцов, химические реакторы и другие аппараты и конструкции. Эффективность функционирования таких систем сильно зависит от миниатюрных, зачастую микроскопических, структур – канавок, имеющихся в стенках канальцев.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
