Материаловеды из Университета Дьюка (Дарем, Северная Каролина) разработали волокнистый материал, капли воды на котором способны «спрыгивать» с поверхности без какой-либо внешней помощи. Движущей силой процесса является механическая энергия, высвобождаемая при слиянии отдельных капелек на поверхности гидрофобного волокна. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, краткое изложение приводит журнал Physics.

По часовой стрелке: движение двух капель воды, сливающихся между собой. Изображение: Kungang Zhang et al. / Duke University

Исследователи использовали в качестве основы для материала очень тонкую медную проволоку, покрытую слоем тефлона. Сама по себе такая проволочка обладает гидрофобными свойствами, поэтому капля воды, попавшая на нее, обладает почти сферической формой.

С помощью компьютерного моделирования авторы показали, что слипание двух капель между собой приводит к «подпрыгиванию» и вода может сорваться с поверхности проволоки. Ранее этот результат был известен лишь для супергидрофобных поверхностей, однако в новой работе удалось пронаблюдать это свойство и на обычных гидрофобных объектах. Физикам удалось обнаружить, что отрыв от поверхности может происходить при большем соотношении диаметра капель к диаметру волокна, чем определенное критическое. Чем больше соотношение, тем выше скорость отрыва капель от поверхности.

Капли воды слипаются между собой из-за своего стремления уменьшить площадь поверхности. При слиянии двух капель в одну общая площадь уменьшается, и часть скомпенсированной энергии выделяется в виде механического движения.

Кадры видеосъемки образования капель на поверхности медно-тефлоновых волокон. Изображение: Kungang Zhang et al. / PRL, 2015

По словам авторов работы, они впервые пронаблюдали эффект отрыва капель от поверхности на неплоском материале. Подобный эффект может помочь в разработке технологий сбора влаги (не обязательно водной) из тумана — например, на производствах. Во-первых, такой способ сбора не требует механических усилий для очистки поверхности от влаги, во-вторых, реализация эффекта на обычных гидрофобных поверхностях не потребует дорогостоящего наноструктурирования поверхности (оно необходимо для эффекта супергидрофобности). Как утверждают физики, материал также может вызывать слипание между собой капель жидкости в эмульсиях. Это может помочь для разделения различных тонких смесей, например, воды и масла, или аналогичных несмешивающихся систем.

Применить разработку для сбора влаги из атмосферы, вероятно, не получится. По словам независимого эксперта, Гарета МакКинли из MIT, тонкие волокна, из которых состоит материал, могут не выдержать порывов ветра, которые порой происходят в природе.