Kako lahko kapljica razkrije mejo odpornosti vodoodbojnih površin?
UL FS
Datum objave:
Raziskovalci s Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so razvili preprosto, a izjemno natančno metodo, s katero lahko iz ene same kapljice vode ugotovijo, kdaj superhidrofobne površine izgubijo svojo vodoodbojnost. Ta preboj bo pomagal pri razvoju bolj odpornih vodoodbojnih materialov, ki jih bomo lahko uporabljali v industriji, na primer za hlajenje, samočiščenje ali zaščito pred korozijo.
Zakaj superhidrofobnost ni zanesljiva?
Superhidrofobne površine izkazujejo izjemno nizko omočljivost in visoko vodoodbojnost - vodne kapljice na njih ohranjajo sferično oz. okroglo obliko in začnejo drseti že pri majhnih naklonih. V naravi jih najdemo med drugim na lotosovih listih, kjer drsenje kapljic omogoča odstranjevanje nečistoč. Umetno poustvarjene superhidrofobne površine poleg samočistilnega učinka omogočajo tudi ločevanje snovi, izboljšujejo prenos toplote pri vrenju in kondenzaciji, zavirajo korozijo, zakasnijo zmrzovanje površin in imajo na splošno velik potencial za uporabo v naprednih tehnoloških aplikacijah. Kljub številnim prednostim pa imajo superhidrofobne površine eno veliko slabost: občutljive so na povišane tlake. Zaradi tega jih je težko uporabljati v industrijskih pogojih. Dodatna težava je, da ni enotnih postopkov za oceno njihove odpornosti, kar ovira razvoj bolj obstojnih površin.
Kaj prinaša nova metoda?
V predhodnih študijah so obstojnost superhidrofobnih površin ocenjevali tako, da so analizirali obliko stisnjene vodne kapljice. Vendar so pri tem pogosto poenostavljali geometrijo kapljice, zato je prihajalo do razhajanj med meritvami in predvidevanji.
Raziskovalci Laboratorija za toplotno tehniko (LTT) na Fakulteti za strojništvo UL so razvili novo eksperimentalno in analitično metodo, ki presega te omejitve. Namesto poenostavitev so uporabili teoretični model na osnovi Young–Laplaceove enačbe, ki opisuje obliko kapljice glede na tlak. Metoda omogoča izračun sile kapljice na površino, ki se zelo dobro ujema z eksperimentalnimi meritvami – povprečna napaka znaša le 27,71 μN pri silah do 2,5 mN, kar predstavlja veliko izboljšanje glede na prejšnje študije.
Novo metodologijo so preizkusili na vzorcih z različno mikro-topografijo, da bi raziskali vpliv površinske strukture na odpornost proti odpovedi superhidrofobnosti pri povišanem tlaku.
Novo metodo so raziskovalci razvili v okviru projekta "Raziskave medfaznih pojavov kapljic in mehurčkov na funkcionaliziranih površinah ob uporabi napredne diagnostike za razvoj okoljskih tehnologij prihodnosti in izboljšanega prenosa toplote (DroBFuSE)", ki ga financira ARIS.
