Ученые научили "бегать" капли воды

Не так давно группа исследователей из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH), Иллинойского университета и Технического университета в Дании заставила крошечные капельки воды двигаться по поверхности графена со скоростью до 250 километров в час, в два раза выше скорости бегущего гепарда и немного не дотягивая до скорости гоночного автомобиля. Интересно то, что для движения воды с такой скоростью не требуется никаких насосов, все это достигается за счет формирования "образов" на поверхности графена, которые обеспечивают различные углы контакта воды с поверхностью в передней и задней части движущейся капли.

"Мы получили высокоскоростной транспорт водяных капелек по поверхности графена. Помимо того, что мы имеем возможность управления направлением движения, перемещение капель не требует никаких дополнительных затрат энергии" - пишут исследователи, - "Все это может найти применение в таких областях, как нанопроизводство, целевая доставка лекарственных препаратов и т.п.".

Для создания графенового "шоссе" на его поверхности формируются специальные области. Если вода контактирует с этой областью под одним углом, то поверхность имеет ярко выраженные гидрофобные свойства, при изменении угла контакта свойства поверхности плавно изменяются в сторону гидрофильных. При попадании капли воды, состоящей из 1500 молекул, на такую поверхность, она начинает двигаться и ускоряться за счет разницы в углах контакта с поверхностью в передней и задней части. Отметим, что подобный механизм уже давно используется в природе, за счет его некоторые живые существа и растения с высокой эффективностью собирают и перемещают воду в пределах своего организма.

Во время проведения экспериментов с графеном ученым удалось измерить скорость движения капелек воды, которая составила 100 метров в секунду. Это практически в два раза быстрее скоростей, получаемых при использовании других методов и технологий, почти все из которых требуют дополнительных затрат энергии. Как и ожидалось, меньшие капельки воды движутся по графену быстрей более крупных капель, которые имеют большую инерционность и на них действуют большие силы трения с поверхностью.

На основе полученных экспериментальных данных ученые рассчитали математические законы, которым подчиняется такой принцип движения. При помощи этого математического аппарата были разработаны модели, позволяющие управлять траекторией движения капель воды. А в своих следующих исследованиях ученые попробуют реализовать подобные вещи с использованием других наноматериалов, углеродных нанотрубок, к примеру.

Фото: popmech