Selvophidsede dansende dråber

Styring af væskedråbernes bevægelse er vigtig i mange applikationer, der genererer varme, fra kraftværkskondensatorer til personlige computere. Teknikker til at kontrollere dråber på overflader i dag omfatter brug af god gammeldags tyngdekraft, hydrofobe kemiske belægninger, og temperaturgradienter.

Men hvad nu hvis en dråbe kunne drive sig hen over en overflade uden kemikalier, forprogrammerede gradienter eller ekstra energi?

Nu, forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har beskrevet en ramme for selvophidset dråbebevægelse. Forskningen er publiceret i Fysisk gennemgangsbreve .

"Vores system med selvophidset bevægelse kræver ikke nogen udefrakommende forcering eller gradient, " sagde Aditi Chakrabarti, en postdoc ved SEAS og førsteforfatter til papiret. "Det skaber spontant og reagerer på gradienter af sig selv."

Systemet bruger en flydende opløsningsmiddeldråbe - såsom acetone eller neglelakfjerner - på et tyndt ark materiale. Når dråben først rører overfladen, en del af væsken bliver absorberet i materialet, og materialet svulmer. Når materialet svulmer, den spænder og skaber en hældning, som dråben ruller ned. Nu, den hævede del af arket udsættes for luften, og den absorberede væske fordamper, tillader arket at genvinde sin oprindelige form.

Den samme proces finder sted, hvor end dråben bevæger sig, skabe en oscillerende bevægelse, der skubber en væskedråbe frem og tilbage mellem to pletter på overfladen. Oscillationen fortsætter, indtil dråben krymper.

"Denne vippebevægelse er fuldstændig selvdrevet af interaktionen mellem disse tre adfærdsmønstre - absorptionsdrevet hævelse, væskestrømning og fordampning, " sagde Chakrabarti. "Denne type selvgenereret bevægelse er ikke blevet udforsket før og kan føre til spændende anvendelser."

Forskerholdet brugte forskellige typer opløsningsmidler og dråbestørrelser til at generere denne adfærd på tynde plader.

"At udnytte sådan adfærd og bevægelse i tyndfilmssystemer kan give en naturlig måde at drive små motorer på, oscillatorer, og pumper, " sagde L. Mahadevan, Lola England de Valpine professor i anvendt matematik, i Organismisk og Evolutionær Biologi, og fysik og seniorforfatter af papiret. "Dette system kunne også give en simpel fysisk model til at forstå, hvordan biologiske systemer, såsom protoceller, bevæge sig."