Toen Konrad Rykaczewski zes jaar geleden naar de Sonora Desert-regio in Arizona verhuisde, nam hij een waterfles en sproeide de planten in zijn voortuin, niet om ze water te geven, maar om te zien hoe ze omgingen met waterdruppels.

"Het was de eerste keer dat ik in een woestijn woonde, en ik was gefascineerd door de flora en fauna, " Rykaczewski zei, een professor in de techniek aan de Arizona State University in Tempe, Arizona. "Wat me opviel aan cactusvijgencactussen, is dat de nieuwe pads superhydrofoob zijn, maar degenen die een seizoen ouder zijn, direct onder hen, zijn superhydrofiel. Ik vroeg me af waarom."

Rykaczewski begon naar woestijndieren te kijken, inclusief ratelslangen die van vorm veranderen om water uit hun huid te drinken. Gemotiveerd door zijn observaties in de voortuin, Rykaczewski rekruteerde studenten en begon met een zaadbeurs van ASU's Biomimicry Center in het laboratorium te experimenteren om de microscopische 3D-epidermale structuur van de cactussen te karakteriseren in droge en natte tijden van het jaar. Rykaczewski past de lessen in bevochtigbaarheid - de studie van hoe druppeltjes interageren met vaste stoffen - toe op technische oppervlakken voor industriële toepassingen.

Kenneth (Tsjaad) Manning, een doctoraatsstudent op het project die het experimentele werk leidde, zal de ontdekkingen van het team uit dit Sonoran-bevochtigingsonderzoek presenteren op de 71e jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, die zal plaatsvinden van 18-20 november in het Georgia World Congress Center in Atlanta, Georgië.

Ze ontdekten dat terwijl nieuwe cactuskussentjes (cladodes) een continue wasachtige, hydrofoob oppervlak, oudere zijn bedekt met een netwerk van microscheurtjes "die helemaal door de was naar de celwand gaan, " wat hydrofiel is, legde Manning uit.

Met behulp van high-speed video, de onderzoekers documenteerden dat waterdruppels jong weerkaatsen, wasachtige kussentjes, maar bij oudere pads zorgen de microscheuren die het binnenste hydrofiele oppervlak blootleggen ervoor dat waterdruppels raken en blijven plakken. "De huid fungeert als een slim membraan, "zei Manning. "Terwijl cactussen uitdrogen, sluiten de scheuren, helpen om water te besparen."

De resultaten vormen nu de basis voor het onderzoek van Manning om een ​​slim materiaal voor hazmat-pakken te ontwikkelen. De poriën van het materiaal zullen sluiten in de aanwezigheid van gevaarlijke chemicaliën, maar zullen anders open blijven, waardoor damp en warmte uit het hazmat-pak kunnen worden overgedragen, een factor die momenteel het gebruik ervan beperkt.

Het is een slimme truc die cactusvijgencactusjes al hebben geperfectioneerd. "Het is dezelfde soort verandering in de oppervlaktemorfologie, ' zei Manning.