Een wiskundig model dat voorspelt hoe water condenseert rond kleine deeltjes, zou kunnen helpen bij het verbeteren van chemische industriële processen, inclusief de productie van medicijntabletten, meststoffen en katalysatoren.

Eerdere condensatiemodellen verschillen in hun snelheidsvoorspellingen, afhankelijk van factoren zoals de vorm en samenstelling van het oppervlak waarop de druppel groeit. Fong Yew Leong van het A*STAR Institute of High Performance Computing wilde een realistischer theoretisch model ontwikkelen om zijn medewerkers te helpen hun experimentele condensatieresultaten te begrijpen. "Dit is waar modellering en berekening echt nuttig worden, bij het verschaffen van fysieke inzichten die niet uit experimenten kunnen worden verkregen, ' zegt Leon.

Hij en zijn collega's modelleerden een waterdruppel die groeide in de spleet tussen een deeltje ter grootte van een micrometer en een plat oppervlak. Hun model houdt rekening met factoren zoals deeltjesgrootte, de oppervlaktespanning van de druppel, en hoeveel het onderliggende oppervlak water aantrekt of afstoot.

Het model toont, bijvoorbeeld, dat een groeiende druppel een wateraantrekkend (hydrofiel) oppervlak sneller bedekt dan een waterafstotend (hydrofoob) oppervlak. Het volume van een druppel neemt aanvankelijk langzamer toe op een hydrofoob oppervlak, maar versnelt dan naarmate de druppel meer convex wordt. "De druppel krimpt niet tijdens condensatie, maar bevochtigt het deeltje volledig, ' zegt Leon.

Het team voerde experimenten uit om hun model te testen, filmen hoe water condenseerde rond micron-sized siliciumdioxidedeeltjes op een glasplaatje (zie afbeelding). Ze zagen dat water altijd condenseerde in de spleet tussen een deeltje en de glijbaan, in plaats van op zichzelf staande druppels op het oppervlak te vormen, en ontdekten dat de groei van de druppeltjes bijna hetzelfde was als voorspeld door hun model. De onderzoekers pasten het model ook aan om de groei van druppeltjes rond clusters van deeltjes te voorspellen.

Deze resultaten tonen aan dat het niet mogelijk is om condensatie nauwkeurig te simuleren op basis van een enkele factor, zegt het team. Inderdaad, het lijkt erop dat er een competitie is tussen het deeltje en het substraat dat bepaalt hoe snel elk deeltje met water wordt bedekt als de druppel condenseert. "Het wijst op significante implicaties voor bevochtiging op kleine schaal, ", zegt Leong. Het team hoopt nu condensatie en vloeistofinteracties op nog kleinere lengteschalen te modelleren.