Исследователи из Университета Дьюка и Университета Британской Колумбии наблюдали это странное явление, которое может принести пользу многим промышленным приложениям. Пока нити являются умеренно гидрофобными и относительно тонкими, маленькие капельки, объединяясь в одну, склонны танцевать сами по себе, сорвавшись с натянутого каната. Это открытие может лечь в основу новых технологий коагуляции для очистки воды, нефтепереработки и многого другого.
Результаты были опубликованы в Интернете 14 августа 2015 года в Physical Review Letters.«Мы изучали, как крылья насекомых с волосистой структурой очищают себя, и студент Адам Уильямс увидел, как две капли слились и внезапно оставили прядь волос», — сказал Чуан-Хуа Чен, доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Duke. «Поскольку мы не могли легко воспроизвести эффект, мы подумали, что это просто артефакт, возможно, из-за легкого бриза, создаваемого увлажнителем во время эксперимента».
Но благодаря некоторой изобретательности Кунганг Чжан, аспиранта в группе Чена, они обнаружили, что «танцующие капли» реальны и с большей вероятностью оторвутся от нити, если они сливаются с противоположных сторон — открытие, которое позволило команда для детального изучения явления.Когда капля становится больше, она накапливает энергию на своей расширяющейся поверхности. Когда две капли сливаются, масса остается той же, но площадь поверхности уменьшается. Это вызывает выделение небольшого количества энергии.
Пока капли прикрепляются только к небольшой твердой поверхности, выделяемой энергии достаточно, чтобы их отбросить. Это подтверждается до тех пор, пока прядь достаточно гидрофобна, как, например, волокна с тефлоновым покрытием в эксперименте, а диаметр нити в несколько раз меньше, чем у капли.
В предыдущем исследовании Чен и его команда продемонстрировали аналогичный метод самоочищения крыльев цикад, когда капли могут летать с плоской поверхности. Однако эта поверхность была супергидрофобной из-за наноструктуры крыльев.
«В инженерных системах эти наноструктуры вызывают озабоченность по поводу надежности», — сказал Чен. «Наше новое открытие предлагает решение, не прибегая к этим супергидрофобным поверхностям».Потенциальное применение явления танца — в технологиях очистки воды. Современные методы используют гравитацию или силу сдвига для удаления скопившихся капель с волокнистой сети, как те, которые вы обнаруживаете во время утренней прогулки по лесу.
Однако, если капли станут слишком большими, они могут забить зазоры в полотне. Но с этим новым открытием можно было разработать волокнистые тканые материалы с тефлоноподобными покрытиями и достаточно большими зазорами, чтобы они никогда не забивались до того, как капли соскочат.«До того, как мы продемонстрировали это, люди думали, что вы никогда не сможете увидеть явление самоходки на умеренно гидрофобной поверхности», — сказал Чен. «Но теперь мы показали, что вам не нужна супергидрофобность, чтобы получить этот танцевальный эффект.
Все, что вам нужно, это круглые волокна, а не плоские поверхности».