Во многих ситуациях, инженеры хотят свести к минимуму контакт капель воды или других жидкостей с поверхности они падают на. Ли цель-держать лед на крыло самолета или лопасть ветротурбины, или предотвращая потери тепла с поверхности во время дождя, или предотвращая накопление соли на поверхностях, подвергающихся воздействию брызг океана, делая капельки отскакивают прочь так быстро, как это возможно, и сводя к минимуму контакт с поверхностью может быть ключом к поддержанию системы функционируют должным образом.
Теперь, исследование, проведенное исследователями в MIT, демонстрирует новый подход к минимизации контакта между каплей и поверхностью. В то время как предыдущие попытки, в том числе членами одной команды, были направлены на сведение к минимуму количество времени, которое капелька проводит в контакте с поверхностью, новый метод сосредотачивает внимание на пространственных масштабах контакта, стараются минимизировать, насколько капля расплывается перед отскакивая подальше.
Новые результаты исследования описаны в журнале ACS Nano в статье аспиранта Массачусетского технологического института Анри-Луи Жирар, постдок Дэн Сото, и профессор машиностроения крипа Варанаси. Ключом к процессу, они объясняют, создает серию поднял кольцо формы на поверхности материала, которые вызывают падение капель брызнуть вверх в чашу-образный рисунок, а не течет из квартиры по поверхности.
Работа является продолжением ранее проект Варанаси и его команда, в которой им удалось уменьшить время контакта капель на поверхности, создавая рельефными бороздками на поверхности, которой нарушается распространение картины воздействия капель. Но новая работа отнимает это дальше, добиваясь гораздо большее снижение в сочетании времени контакта и площади контакта капли.
В целях предотвращения обледенения на крыло самолета, например, важно, чтобы получить капельки воздействия воды, чтобы подпрыгнуть прочь в меньше времени чем оно принимает для воды, чтобы заморозить. Ранее ребристой поверхности удалось уменьшить время контакта, но Варанаси говорит: “с тех пор мы нашли еще кое-что в этой игре”, которая, насколько капля расплывается перед отскакивая и отскакивая. “Уменьшение площади контакта ударной капель следует также иметь драматическое влияние на свойства передачи взаимодействия”, — говорит Варанаси.
Команды начали серию экспериментов, которые показали, что поднятые кольца как раз нужного размера, покрывающего поверхность, то вода распространяется из соударяющейся капли брызнуть вверх вместо, образуя форму чаши всплеск, и, что угол вверх, что всплеск может быть проконтролирована путем регулировать высоту и профиль кольца. Если кольца слишком большие или слишком маленькие по сравнению с размером капель, система становится менее эффективным или вообще не работает, но когда размер является правильным, эффект впечатляющий.
Получается, что снижение только время контакта недостаточно для достижения максимального сокращения контакта; сочетание времени и площади контакта, что важно. В график время контакта на одной оси, и площадь контакта на другой оси, что действительно имеет значение-это площадь под кривой, то есть продукт времени и степени контакта. Площадь распространения был “был другой оси, что никто не трогал” в предыдущих исследованиях, Жирар говорит. “Когда мы начали делать так, мы видели радикальные реакции”, снижая общее время и площадь соприкосновения капель на 90 процентов. “Идея сокращения площади контакта путем формирования ‘поилки’ имеет гораздо большее влияние на снижение общего взаимодействия, чем за счет уменьшения одна времени контакта,” Варанаси говорит.
Как капелька начинает распространяться в поднятом кругом, как только она попадает в круг, края его начинает отклоняться. “Его импульс перенаправляется вверх,” Жирар говорит, и хотя она заканчивается, распространяющиеся о том, насколько это было бы в противном случае, это уже не на поверхности, и, следовательно, не охлаждая поверхность, или обледенение, или блокируя поры на “водонепроницаемой” ткани.
Кредит: Анри-Луи Жирар, Дэн Сото, и крипа Varanas
Кольца могут быть изготовлены разными способами и из разных материалов, ученые говорят — это просто размер и интервал, что имеет значение. По некоторым тестам, они использовали кольца 3-D напечатаны на подложке, а для других они использовали поверхность с рисунком, созданным с помощью процесса травления аналогична той, которая используется в производстве микрочипов. Были и другие кольца, сделанные через управляемый компьютером фрезерный из пластика.
В то время как высокие-скорость воздействия капель, как правило, могут быть более разрушительными к поверхности, при такой системе более высокие скорости реально повысить эффективность перенаправления, очищая еще более жидкой, чем при низких скоростях. Это хорошая новость для практического применения, например, в борьбе с дождем, который обладает относительно высокой скорости, Жирар говорит. “Это на самом деле работает лучше, чем быстрее вы идете”, — говорит он.
В дополнение к держать лед с крыльев самолета, новая система может иметь широкий спектр применений, говорят исследователи. Например, “водонепроницаемый” тканей может стать насыщенным и начнет течь, когда вода заполняет пространство между волокнами, но при обработке поверхности плиты, ткани сохранили свои способности, чтобы пролить водой дольше и лучше, в целом, говорит Жирар. “Существует 50-процентное улучшение с помощью кольцевых структур”, — говорит он.
Исследование было поддержано центр Дешпанде МТИ технологических инноваций.
