Onderzoekers van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Universiteit van Hong Kong (HKU) hebben een belangrijke doorbraak bereikt in het manipuleren van druppels. Ze hebben een innovatieve manier ontdekt om vloeistoffen op een oppervlak te navigeren zonder externe kracht of energie.

Druppel lijkt op een bal. In-plane druppelcontrole is vergelijkbaar met snooker waarbij de ballen worden gericht om langs de gewenste baan te bewegen, een functie die zeer gewaardeerd wordt voor thermisch beheer, ontzilting, materialen zelf bezorgen, en tal van andere toepassingen.

conventioneel, onderzoekers fabriceren chemische bevochtigingsgradiënten of asymmetrische microtexturen om druppeltjes in beweging te brengen, vergelijkbaar met het ontwerpen van een transportband om de ballen te transporteren. Voor de eerste keer, RGC postdoctoraal onderzoeker Dr. TANG Xin, Postdoctoraal onderzoeker Dr. LI Wei, en voorzitter hoogleraar Thermal-Fluid Sciences and Engineering WANG Liqiu van de HKU faculteit Werktuigbouwkunde ontdekte dat wanneer een koude/hete of vluchtige druppel vrijkomt op een gesmeerd piëzo-elektrisch kristal (lithiumniobaat) bij omgevingstemperatuur, de druppel stuwt ogenblikkelijk voort over een lange afstand (die ~ 50 keer de straal van de druppel kan zijn) in gevorkte routes. Afhankelijk van het kristalvlak dat grenst aan de druppel, de zelfaandrijving kan unidirectioneel zijn, gespleten, en zelfs in drieën gedeeld.

De ontdekking is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie in een artikel getiteld "Furcated Droplet Motility on Crystalline Surfaces".

"Dit is een onvoorzien fenomeen met verstrekkende gevolgen. Druppels met een temperatuurverschil van 5 °C mild op een oppervlak kunnen zichzelf in stand houden. Stel je voor dat je een bal op een perfect geëgaliseerde en gladde tafel plaatst, in plaats van statisch te blijven, de bal rolt vanzelf. Nog verrassender is dat de bal alleen automatisch naar bepaalde bepaalde richtingen rolt, " zei professor Wang Liqiu.

De onderzoekers hebben ontdekt dat de intrinsiek georiënteerde vloeistofbeweging wordt gevoed door een thermo-piëzo-elektrische koppeling op schaal die wordt veroorzaakt door de anisotropie van de kristalstructuur. Dit lijkt erop dat een gladde tafel atomair op een ongebruikelijke manier is gerangschikt, zodat een symmetrische warmtebron een asymmetrisch elektrisch veld kan produceren dat een bal in beweging drijft in een richting die wordt bepaald door de snijrichting van het tafeloppervlak.

"Het werk maakt een innovatieve manier mogelijk om vloeistoffen controleerbaar, veelzijdigheid en prestaties, en geeft aanwijzingen voor het oplossen van een aantal al lang bestaande uitdagingen, zoals anti-ijsvorming, ontdooien en anticondens in vochtige omgevingen, " zei dr. Tang Xin.

Als een druppel een onderkoeld substraat raakt, zoals dat van een vliegtuigvleugel en stroomkabel, het bevriest snel en hecht zich aan het oppervlak. In dit geval, de spontane elektrische kracht die door het kristal wordt gegenereerd, kan de kiemvormende druppel verstoren, mogelijk afnemende adhesie aan het grensvlak en het vertragen van schadelijke ijsaangroei.

Zelfaandrijving zal ook de prestaties van druppelsgewijs condenseren verbeteren door groeiend condensaat van het oppervlak te verwijderen, de thermische barrière, en biedt dus potentieel een veelbelovende oplossing voor druppelmanipulatie in de ruimte waar zwaartekracht-geassisteerde druppelafscheiding afwezig is.

Bovendien, de gevorkte routes kunnen selectief worden gekozen door externe verstoringen toe te voegen, zoals subtiele elektrische velden. Op deze manier, het oppervlak kan fungeren als een vlakke twee- of driewegklep om druppeltjes met informatie af te geven, chemische of biologische ladingen.

"Duidelijk, deze nieuwe benadering van vloeistofmanipulatie werkt voor een breed scala aan vloeistoffen en piëzo-elektrische kristallen, waardoor er mogelijkheden ontstaan ​​voor verder onderzoek, en de ontwikkeling van nieuwe materialen en technologieën, " zei dr. Li Wei.