Вчені навчили "бігати" краплі води

Не так давно група дослідників зі Швейцарського федерального технологічного інституту (Swiss Federal Institute of Technology, ETH), Іллінойського університету та Технічного університету в Данії змусила крихітні крапельки води рухатися по поверхні графену зі швидкістю до 250 кілометрів на годину, в два рази вище швидкості біжить гепарда і дещо не дотягаючи до швидкості гоночного автомобіля. Цікаво те, що для руху води з такою швидкістю не потрібно ніяких насосів, все це досягається за рахунок формування "образів" на поверхні графену, які забезпечують різні кути контакту води з поверхнею в передній і задній частині рухається краплі.

"Ми отримали високошвидкісний транспорт водяних крапельок по поверхні графену. Крім того, що ми маємо можливість керування напрямком руху, переміщення крапель не вимагає ніяких додаткових витрат енергії" - пишуть дослідники, - "Все це може знайти застосування в таких областях, як нановиробництв, цільова доставка лікарських препаратів і т.п. ".

Для створення графенового "шосе" на його поверхні формуються спеціальні області. Якщо вода контактує з цією областю під одним кутом, то поверхня має яскраво виражені гідрофобні властивості, при зміні кута контакту властивості поверхні плавно змінюються в сторону гідрофільних. При попаданні краплі води, що складається з 1500 молекул, на таку поверхню, вона починає рухатися і прискорюватися за рахунок різниці в кутах контакту з поверхнею в передній і задній частині. Відзначимо, що подібний механізм вже давно використовується в природі, за рахунок його деякі живі істоти і рослини з високою ефективністю збирають і переміщують воду в межах свого організму. 

Під час проведення експериментів з графеном вченим вдалося виміряти швидкість руху крапельок води, яка склала 100 метрів в секунду. Це практично в два рази швидше швидкостей, одержуваних при використанні інших методів і технологій, майже всі з яких вимагають додаткових витрат енергії. Як і очікувалося, менші крапельки води рухаються по графену швидше більших крапель, які мають велику інерційність і на них діють великі сили тертя з поверхнею. 

На основі отриманих експериментальних даних вчені розрахували математичні закони, яким підкоряється такий принцип руху. За допомогою цього математичного апарату були розроблені моделі, що дозволяють управляти траєкторією руху крапель води. А в своїх наступних дослідженнях вчені спробують реалізувати подібні речі з використанням інших наноматеріалів, вуглецевих нанотрубок, наприклад.

Фото: popmech