Recente correspondentie in Natuurmaterialen door een team van campusonderzoekers beantwoordt een langlopende vraag die volgens experimenteel natuurkundige Narayanan Menon "een van die dingen is die je in een leerboek zou moeten kunnen opzoeken, een heel basale vraag. Maar als je in de literatuur kijkt, er is verwarring, en het is al tientallen jaren aan de gang. Ons werk schreeuwt niet om 'nieuwe ontdekking', ' maar deze fundamentele vraag is wat we hebben verduidelijkt."

Naast Menon, het team omvatte theoretisch fysicus Benny Davidovitch, polymeerwetenschapper Thomas Russell en een voormalig postdoctoraal natuurkundig onderzoeker van de UMass, Deepak Kumar. Hij leidde de experimenten en analyses voor het rapport en begint nu als nieuw faculteitslid aan het Indian Institute of Technology, Delhi.

Menon legt uit, "Het werk van Deepak ging in op een veronderstelling die tot nu toe niet zorgvuldig was getest, "zegt hij. "Niemand was boos genoeg om een ​​jaar te besteden aan het uitzoeken ervan."

Co-auteur Davidovitch schrijft dat "de wetenschappelijke vraag betrekking heeft op een mechanische reactie van tinfilms en filamenten op vloeistofgrensvlakken, die worden beïnvloed door elasto-capillaire spanningen." Verder, "De kern van de zaak hier is de subtiele manier waarop oppervlakte-energieën van vast-vloeistof-interfaces combineren om spanningen in een vast lichaam te genereren."

Verduidelijken, Menon legt uit, "Stel je iets lichts en flexibels voor, de dunne film, drijvend op het oppervlak van vloeistof - een blad, de vleugel van een vlieg, een bloemblaadje op een vijver. Het zal zich uitstrekken en plat liggen, strak getrokken op het grensvlak waar het het water raakt. Je kunt het in je keuken uitproberen met een stukje plastic in een glas water."

De vraag is hoeveel de dunne film wordt benadrukt, of "gespannen, " voegt hij eraan toe. "Er zijn twee antwoorden gevonden in de literatuur. Men zegt dat de spanning afhangt van wat de vloeistof is, de ander zegt dat het daar zowel van afhangt als hoe de vaste stof en vloeistof op elkaar inwerken. Beide veronderstellingen kunnen niet juist zijn, dus we moesten het tot op de bodem uitzoeken. Onze experimenten tonen zonder twijfel aan dat slechts één van deze antwoorden juist is."

Kumar's experimenten onthulden dat de vast-vloeistof interactie - waarbij een meniscus, of lensvormige interface vormt zich aan het vloeistofoppervlak - "hangt alleen af ​​van wat de vloeistof is, niet op de vaste stof. Dat maakt niet uit, ' meldt Menon. 'Voor sommige mensen, dat zal diep verontrustend zijn, maar voor anderen zal het een beetje duidelijk zijn. Dit is het soort dingen waarvan je zou verwachten dat het al bekend zou zijn."

Russell voegt toe, "Toen Deepak een dunne film van het oppervlak van een vloeistof trok en ons liet zien dat de menisci aan de vloeistof- en filmzijde absoluut identiek waren, we waren verbaasd, maar dit is een ondubbelzinnig bewijs van een veronderstelling."

Davidovitch zegt dat er behoefte was om dit op te helderen omdat "een recente golf van interesse in elasto-capillaire verschijnselen, waar nanometrisch dunne vaste stoffen capillaire krachten benutten om op vloeistofoppervlakken te interageren, " is aan de gang in zachte robotica, medicijnafgifte en tissue engineering met responsieve oppervlakken, onder andere gebieden. Onderzoekers brengen steeds vaker dunne coatings aan op oppervlakken voor biomedische of materiaaltoepassingen waar ze de oppervlakte-eigenschappen willen veranderen om de functie te regelen.

Menon reflecteert op het resultaat, "Het ziet er niet spectaculair uit, maar het lost iets op dat al een tijdje modderig is. Ik voel me altijd blij als je iets op een eenvoudige manier kunt doen. Het bemoedigende is dat er veel eenvoudige dingen zijn om uit te zoeken in de wetenschap , wat ik bevredigend vind. Je denkt dat er geen ruimte meer is voor simpele naïeve vragen, maar dat is niet waar. Dit project was daar een mooie herinnering aan."