В новой статье, подготовленной учеными из Оксфордского университета и опубликованной в журнале Physical Review Letters, исследователи показывают, что покрытие поверхности тонким слоем мягкого материала, такого как гель или резина, может обеспечить простое решение этой проблемы.
Ведущий исследователь профессор Альфонсо Кастрехон-Пита, научный сотрудник Оксфордского университета Королевского общества, сказал: «Мы поняли, что на самом деле никто не изучал систематически, что происходит, когда капли падают на мягкие субстраты.
В нашем исследовании мы капали капли этанола на мягкие материалы из силикона — материал, который часто используется в герметиках для ванных комнат. Силикон очень полезен, так как он может иметь разные уровни жесткости, от материала, сравнимого с желе, до чего-то с консистенцией, больше похожей на резину карандаша.
«Мы засняли столкновения с помощью высокоскоростной камеры со скоростью до 100 000 кадров в секунду — примерно в 4 000 раз быстрее, чем обычный мобильный телефон, — а затем изучили динамику брызг. Объединив эти эксперименты с некоторым теоретическим моделированием и подробным компьютерным моделированием, мы обнаружили, что крошечные деформации подложки происходят в течение первых 30 микросекунд после удара, что, что удивительно, может быть достаточно, чтобы полностью подавить разбрызгивание.
«Что самое удивительное, так это то, что вам нужно примерно на 70% больше энергии, чтобы капля брызнула на эти мягкие материалы, по сравнению с твердыми материалами. Если вы думаете о падении капли с определенной высоты, нам нужно удвоить высоту, чтобы она брызнула на самые мягкие поверхности.’
Для предотвращения разбрызгивания было проведено мало работы. Было продемонстрировано, что капли в вакууме не разбрызгиваются, а капли, ударяющиеся о тонкую эластичную мембрану, с гораздо меньшей вероятностью разбрызгиваются. Перемещение носителя с высокой скоростью может подавить брызги с одной стороны капли, но усилить брызги с другой стороны. Никто еще не изучал, как простые покрытия могут обеспечить всестороннюю защиту от брызг.
Профессор Кастрехон-Пита сказал: «Мы считаем, что мягкие поверхности с правильной жесткостью могут использоваться в ряде ситуаций, в которых используются« опасные »или« неприятные »жидкости. Каплям на удивление легко превратиться в аэрозоли или брызги, когда они разбрызгиваются: капля типичного растворителя, такого как этанол или метанол, будет разбрызгиваться при падении с высоты около 20 см и будет образовывать капли этого материала, которые могут быть унесены воздух. Поэтому, если вы работаете с опасными химическими веществами или биоматериалами, было бы полезно знать, что вы не будете генерировать спреи или аэрозоли, если упадут некоторые капли, подвергая вас болезням или вредным материалам.
То же самое и с использованием лотков для инструментов во время операции — этот метод может предотвратить разбрызгивание жидкостей организма.
«Что касается гигиены, то одним из примеров является передача кампилобактера или других агентов пищевого отравления на обычной кухне. В Великобритании проводится большая кампания, чтобы люди не мыли сырую курицу перед приготовлением из-за брызг.
Может пригодиться поверхность, способная остановить случайно пролитые капли сырого куриного флюида. И разработка писсуара без брызг также приветствуется!’
Профессор Кастрехон-Пита добавил: «В этой области, безусловно, предстоит еще много работы. Чем мягче вы делаете материал, тем он становится более липким и слабым — две вещи, которые не идеальны для создания полезных долговечных покрытий.
Основная задача этой работы — как преодолеть это. К счастью, в последнее время началась работа по разработке новых материалов, которые могут быть мягкими, прочными и нелипкими — например, жесткие гидрогели — так что, безусловно, есть много подходов, которые необходимо изучить.’