Selv dråber tager nogle gange trappen

Sommetider, flydende dråber falder ikke. I stedet, de klatrer. Ved hjælp af computersimuleringer, forskere har nu vist, hvordan de kan få dråber til at bestige trapper helt alene.

Denne trappe-klatring adfærd kan være nyttig i alt fra vandbehandling og nye lab-on-a-chip mikrofluidiske enheder, til biokemisk behandling og medicinske diagnostiske værktøjer. Forskerne, fra Indian Institute of Technology i Roorkee, Indien, og York University i Toronto, beskrive deres fund i denne uge i journalen Væskers fysik .

For at få dråberne til at klatre, denne nye forskning afslører, at du har brug for en trappe, hvis overflade lettere klæber til hver dråbe ved hvert trin. En overflade, hvorpå en dråbe let sidder fast, har det, der kaldes en høj befugtningsevne, får dråben til at brede sig ud og flade. På en overflade med lav befugtning, imidlertid, dråben ville forblive mere sfærisk, som regndråber, der perler op på en vandtæt jakke.

Forskerne har tidligere brugt en gradient med stigende befugtning til at lokke dråber til at bevæge sig over en flad overflade og endda gå op ad en skråning. En vanddråbe, for eksempel, er mere tiltrukket af en hydrofil overflade med sin større befugtning, så en hældning med en stigende hydrofil overflade, når den stiger, kan "trække" en dråbe op ad bakke.

Rigtige overflader er aldrig helt glatte, imidlertid; i små nok skalaer, en overflade til sidst ser ru ud. En hældning på disse skalaer er faktisk en mikroskopisk trappe. "De fleste overflader er teksturerede, og en dråbes mobilitet over sådanne overflader kræver klatretrapper, "sagde Arup Kumar Das fra IIT Roorkee.

For at undersøge, hvordan en dråbe kunne klatre i trin-og dermed hvis denne teknik kan fungere på mere virkelige overfladeapplikationer-simulerede forskerne fysikken i dråber i mikroliterstørrelse på trapper med en befugtningsgradient.

Disse dråber er bredere end længden af ​​hvert trin, så deres forside er på et højere trin med en mere befugtelig overflade, end den bageste side. Den forreste del af dråben spredes således mere, danner en mindre, fladere vinkel med overfladen.

Forskellen i vinkler mellem forsiden og bagsiden af ​​klatredråberne får væsken inde i dråben til at cirkulere. Når dråbens forkant når det næste trin, cirkulationen driver dråben fremad, spild over på det næste højere trin, og processen gentager sig.

Om dråben har nok kraft til at overvinde tyngdekraften afhænger af dråbens størrelse, trinens stejlhed og forskellene i fugtbarhed. Generelt, en større dråbe er bedre til at gå op ad trapper, og for stejlere trin, der skal være en højere fugtbarhedsgradient.

Forskerne arbejder nu på eksperimenter for at bekræfte simuleringsresultaterne.

Mange andre metoder til at kontrollere dråber er afhængige af ydre kræfter såsom temperaturvariationer, og elektriske og magnetiske felter. Men, Det forklarede, disse metoder er ofte udfordrende og komplekse. Den nye undersøgelse viser, at passive tilgange som befugtning kunne være mere effektive. "Passive midler [vi] kan manipulere en dråbe til selv at bestige trapper bæredygtigt uden at bruge en ekstern kraft, " han sagde.