Wanneer een druppel vloeistof met een voldoende hoge snelheid een oppervlak raakt, het spettert - zoveel staat buiten kijf. Maar soms helpt spatten niet. Onderzoekers werken aan methoden om 'spetters te vermijden' die het terugspatten van schadelijke of onhygiënische vloeistoffen in verschillende omgevingen kunnen voorkomen, van ziekenhuizen tot keukens - en misschien zelfs urinoirs.

In een nieuw artikel onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Oxford en gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven , onderzoekers tonen aan dat het coaten van een oppervlak met een dunne laag van een zacht materiaal zoals een gel of rubber een eenvoudige oplossing voor dit probleem zou kunnen zijn.

Hoofdonderzoeker professor Alfonso Castrejón-Pita, Royal Society University Research Fellow in Oxford's Department of Engineering Science, zei:'We realiseerden ons dat niemand echt systematisch had bestudeerd wat er gebeurt als druppeltjes zachte substraten raken. In onze studie, we lieten ethanoldruppels vallen op zachte materialen gemaakt van siliconen - het materiaal dat vaak wordt gebruikt in badkamerkitten. Siliconen zijn erg handig, omdat het kan worden gemaakt om verschillende niveaus van stijfheid te hebben, variërend van een materiaal vergelijkbaar met gelei tot iets met een consistentie die meer lijkt op die van een potloodrubber.

'We filmden de inslagen met een hogesnelheidscamera met snelheden tot 100, 000 frames per seconde - ongeveer 4, 000 keer sneller dan een typische mobiele telefoon - en bestudeerde vervolgens de spetterende dynamiek. Door deze experimenten te combineren met wat theoretische modellering en gedetailleerde computersimulaties, we ontdekten dat kleine vervormingen van het substraat optreden binnen de eerste 30 microseconden na de impact, die, verrassend genoeg, kan net genoeg zijn om spatten volledig te onderdrukken.

'Het meest verrassende is dat je ongeveer 70% meer energie nodig hebt om een ​​druppel van deze zachte materialen te krijgen in vergelijking met harde materialen. Als je denkt aan een druppel die van een bepaalde hoogte valt, we hebben dubbele hoogte nodig om het op de zachtste oppervlakken te laten spetteren.'

Er is weinig werk verricht aan het voorkomen van spatwater. Het is aangetoond dat druppels in een vacuüm niet spatten, en druppels die een dun raken, elastische membraan hebben veel minder kans op spatten. Door het substraat met hoge snelheden te verplaatsen, kan spatten aan de ene kant van de druppel worden onderdrukt, maar spatten aan de andere kant worden versterkt. Niemand heeft tot nu toe gekeken hoe eenvoudige coatings allround spatbescherming kunnen bieden.

Professor Castréjon-Pita zei:'Wij geloven dat zachte oppervlakken met de juiste stijfheid kunnen worden gebruikt in een aantal situaties waarin "gevaarlijke" of "nare" vloeistoffen worden gebruikt. Druppels kunnen verrassend eenvoudig in spuitbussen of sprays veranderen wanneer ze spatten:een druppel van een typisch oplosmiddel zoals ethanol of methanol zal spatten als deze van een hoogte van ongeveer 20 cm valt en zal druppeltjes van dat materiaal genereren die kunnen worden meegesleurd door lucht. Dus als u met gevaarlijke chemicaliën of biomaterialen werkt, het zou handig zijn om te weten dat u geen sprays of aerosols genereert als er druppels vallen, u blootstellen aan ziekten of schadelijke materialen. Dit is ook het geval bij het gebruik van instrumententrays tijdens operaties - deze techniek zou het opspatten van lichaamsvloeistoffen kunnen voorkomen.

'Wat betreft hygiëne, de overdracht van campylobacter of andere voedselvergiftigingen in een typische keuken is daar een voorbeeld van. In het Verenigd Koninkrijk, er is een grote campagne om te voorkomen dat mensen rauwe kip wassen voor het koken vanwege spatten. Een oppervlak dat per ongeluk gemorste druppels rauwe kippenvloeistof kan stoppen, kan nuttig zijn. En ook de ontwikkeling van een spatvrij urinoir zou welkom zijn!'

Professor Castréjon-Pita voegde toe:'Er is zeker meer werk aan de winkel op dit gebied. Hoe zachter je een materiaal maakt, hoe plakkeriger en zwakker het vaak wordt - twee dingen die niet ideaal zijn om nuttig te maken, langdurige coatings. De belangrijkste uitdaging van dit werk is hoe dat te overwinnen. Gelukkig, recent werk is begonnen om nieuwe materialen te ontwikkelen die zacht, sterk en niet plakkerig - zoals taaie hydrogels - dus er zijn zeker veel benaderingen om te onderzoeken.'