Двое сотрудников Рочестерского университета (США) сделали кремний сверхгидрофильным, обработав его поверхность с помощью лазера, и заставили воду подниматься вверх по этой поверхности.

Распространение воды вверх по кремниевой пластине

На подготовленные квадратные образцы кремния размерами 25×25×0,65 мм направлялось излучение титан-сапфирового лазера, который с частотой до 1 кГц выдавал 65-фемтосекундные импульсы с энергией в 1,5 мДж на один импульс. Перемещая лазерное пятно диаметром 100 мкм со скоростью 1 мм/с, авторы создавали дорожки длиной 22 мм и глубиной около 40 мкм. В результате на поверхности образца формировался массив параллельных дорожек, общая ширина которого составляла 11 мм. Жидкость, попавшая на обработанный сверхгидрофильный участок, начинала самопроизвольно перемещаться по проложенным дорожкам.

Ученые экспериментировали с дистиллированной водой, ацетоном и метиловым спиртом, и во всех случаях жидкость поднималась на 22 мм примерно за одну секунду, причем скорость ее распространения со временем уменьшалась. Как утверждают исследователи, динамика движения в опытах с достаточной точностью описывается классическим уравнением Уошбёрна, которое устанавливает скорость впитывания жидкости телом, пронизанным капиллярами. Согласно этому уравнению, расстояние, пройденное жидкостью, пропорционально времени, взятому в степени 0,5; именно такую зависимость можно наблюдать на представленном ниже графике, построенном с использованием экспериментальных данных.

Авторы также пробовали модифицировать поверхность в условиях вакуума, чтобы исключить возможность окисления на воздухе. Как выяснилось, на результаты опытов такое изменение практически не влияет.

Оптические свойства подготовленной поверхности резко изменяются: она начинает казаться абсолютно черной. Буквами b, c и d обозначены изображения дорожек с разным увеличением

Зависимость пройденного жидкостью расстояния от времени

Полная версия отчета опубликована в журнале Optics Express.