Термокапиллярным называют горизонтальное движение капель по траектории, которая управляется за счет искусственного перепада температур. В основе явления лежит эффект Марангони — перенос вещества вдоль границы раздела двух сред на фоне разницы поверхностного натяжения. Иллюстрацией эффекта являются «слезы вина», когда после вращения бокала с вином на его внутренних стенках остаются капли этанола, стекающие медленнее остальной жидкости.
Существующие способы термпокапиллярного движения предполагают использование как поверхности твердой подложки. При этом даже для перемещения капли на низкой скорости для этого требуется градиент температур более 2 кельвинов на миллиметр. Это ограничение делает известные способы непригодными для большинства приложений. К последним относятся технологии антиобледенения, самоочищающиеся поверхности, высокоэффективные конденсаторы.
В новой работе ученые использовали вместо подложки смазочный материал — масло, — которым пропитывалась поверхность. В результате общее поверхностное натяжение и площадь контакта капель воды с поверхностью увеличилось, что позволило повысить скорость термпокапиллярного движения по меньшей мере в пять раз — до 6,5 миллиметра в секунду. Необходимый для этого градиент температур составил не более 2 кельвинов на миллиметр.
Вместе с тем авторы показали, что метод не подходит для сверхгидрофобных поверхностей. Площадь контакта капель с последними была недостаточна для рассматриваемых интервалов температур. Примером такой поверхности являются листья и лепестки растений рода Лотос (Nelumbo): попадая на них, капли стремятся уменьшить площадь и собираются в сферическую форму. К синтетическим сверхгидрофобным материалам относится нанопин-пленка.
Ученые подчеркнули, что предложенный метод, однако, позволяет количественно прогнозировать силы и скорость движения жидкости в рамках эффекта Марангони. Прежние техники такой возможности не предусматривали.
Наука
Денис Стригун
