Международная группа исследователей под руководством профессора физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова Ольги Виноградовой с высокой точностью описала поведение жидкости вблизи супергидрофобной поверхности. Полученные выводы подкреплены серией лабораторных экспериментов. Результаты работы опубликованы в журнале Soft Matter.
Известно, что вблизи некоторых поверхностей жидкости проявляют необычные свойства. Например, поток воды даже в непосредственно примыкающем к стенке ограничителя слое не «прилипает», но проскальзывает вдоль поверхности. Этот эффект был описан уже более двух веков назад и получил в науке название гидродинамического скольжения.
Он все больше начал привлекать внимание исследователей с появлением новых материалов, в которых водоотталкивающие свойства усиливаются необычным рельефом: бороздками, микроколоннами и др.
В микроуглублениях таких материалов, называемых еще супергидрофобными, могут оставаться пузырьки воздуха, благодаря которым жидкости могут «проскальзывать», практически не испытывая сопротивления. Это свойство открывает новые возможности промышленного применения таких материалов.
Современные супергидрофобные текстуры привели к созданию специальных теорий, описывающих процессы движения жидкости в них. Они указывают не только на снижение вязкого сопротивления, но также и на необычное поведение жидкостей вблизи некоторых поверхностей, называемых в физике анизотропными — то есть имеющими свойства, которые зависят от направления.
Российские ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова и Института физической химии и электрохимии РАН вот уже который год работают над описанием гидродинамического скольжения вблизи анизотропных супергидрофобных поверхностей.
В новом проекте они применили атомно-силовой микроскоп, благодаря чему смогли составить рекордно точное описание процесса и экспериментально проверить полученные ранее аналитические формулы, предсказывающие поведение жидкости на разных расстояниях от супергидрофобной поверхности.
Ученые с определенной скоростью опускали сферическую микрочастицу на супергидрофобную матрицу, погруженную в жидкость. При этом во время эксперимента они имели возможность одновременно с высокой точностью отслеживать положение сферы в канале и измерять силу сопротивления жидкости.
Как пишут исследователи, результаты их работы будут полезны для разработки новых супергидрофобных систем. Теперь ученые уверены в истинности предложенных ранее теорий, и смогут применить эти знания в последующих экспериментах. В частности, в ближайшем будущем исследовательская группа планирует изучать системы с электроосмотическим течением, а также разделение частиц в супергидрофобных каналах.
Ранее портал Научная Россия писал о том, как течет вода под воздействием тока.
[Изображение: Микросфера, прикрепленная к кончику атомно-силового микроскопа, движется по направлению к супергидрофобной поверхности / Тарас Молотилин]
[Публикация подготовлена Центром популяризации научных знаний МГУ им. М.В. Ломоносова]
