Forskere præciserer aspektet af tyndfilm-fast-væske-interaktioner

Seneste korrespondance i Naturmaterialer af et team af campusforskere besvarer et mangeårigt spørgsmål, som den eksperimentelle fysiker Narayanan Menon siger, er "en af ​​de ting, du burde kunne slå op i en lærebog, et meget grundlæggende spørgsmål. Men når du kigger nærmere på litteraturen, der er forvirring, og det har stået på i årtier. Vores arbejde skriger ikke 'ny opdagelse, 'men dette grundlæggende spørgsmål er, hvad vi har præciseret. "

Udover Menon, holdet omfattede teoretisk fysiker Benny Davidovitch, polymerforsker Thomas Russell og en tidligere UMass -postdoktoral fysikforsker, Deepak Kumar. Han ledede eksperimenterne og analysen for rapporten og starter nu som et nyt fakultetsmedlem ved Indian Institute of Technology, Delhi.

Menon forklarer, "Deepaks arbejde adresserede en antagelse, der ikke blev testet omhyggeligt før nu, "siger han." Ingen blev ked af det nok til at bruge et år på at finde ud af det. "

Medforfatter Davidovitch skriver, at "det videnskabelige spørgsmål involverer en mekanisk reaktion af tinfilm og filamenter ved væskeinterfaces, som er påvirket af elastokapillære spændinger. "Yderligere, "Sagens kerne her er den subtile måde, hvorpå overfladeenergier af fast-væske-grænseflader kombineres for at generere spændinger i et fast legeme."

For at præcisere, Menon forklarer, "Forestil dig noget let og fleksibelt, den tynde film, flyder på overfladen af ​​væske - et blad, en flues vinge, et blomsterblad på en dam. Det strækker sig ud og ligger fladt, trak stramt ved grænsefladen, hvor den rører ved vandet. Du kan prøve det i dit køkken med et stykke plastik i et glas vand. "

Spørgsmålet er, hvor meget den tynde film bliver stresset, eller "spændt, "tilføjer han." Der findes to svar i litteraturen. Den ene siger, at spændingen afhænger af, hvor væsken er, den anden siger, at det afhænger både af det, og hvordan faststof og væske interagerer. Begge antagelser kan ikke være korrekte, så vi måtte komme til bunds i det. Vores eksperimenter viser uden tvivl, at kun et af disse svar er rigtigt. "

Kumars eksperimenter afslørede, at interaktionen mellem fast stof og væske-hvor en menisk, eller linseformet grænseflade dannes ved væskeoverfladen-"afhænger kun af, hvad væsken er, ikke på det faste stof. Det er ligegyldigt, "Menon rapporterer." Til nogle mennesker, det vil være dybt foruroligende, men for andre vil det være lidt indlysende. Det er den slags ting, du måske forventer allerede ville være kendt. "

Russell tilføjer, "Da Deepak trak en tynd film fra overfladen af ​​en væske og viste os, at meniscierne på væsken og den filmdækkede side var helt identiske, vi var forbløffede, men dette er et utvetydigt bevis på en antagelse. "

Davidovitch siger, at der var behov for at afklare dette, fordi "en nylig stigning i interessen for elastokapillære fænomener, hvor nanometrisk tynde faste stoffer udnytter kapillarkræfter til at interagere på væskeoverflader, "er i gang inden for blød robotik, medicinlevering og vævsteknik med responsive overflader, blandt andre områder. Forskere anvender i stigende grad tynde belægninger på overflader til biomedicinske eller materialeapplikationer, hvor de vil ændre overfladeegenskaberne for at kontrollere funktionen.

Menon reflekterer over resultatet, "Det ser ikke spektakulært ud, men det opklarer noget, der har været mudret i et stykke tid. Jeg føler mig altid glad, når man kan gøre noget på en enkel måde. Det opmuntrende er, at der er masser af enkle ting at finde ud af i videnskaben , som jeg finder tilfredsstillende. Du tror, ​​at der ikke er plads tilbage til simple naive spørgsmål, men det er ikke sandt. Dette projekt var en god påmindelse om det. "