Een team van onderzoekers uit Japan heeft een belangrijke ontdekking gedaan over hoe oppervlaktegradiënten het druppelgedrag beïnvloeden, wat de weg zou kunnen vrijmaken voor de ontwikkeling van nieuwe oppervlakken met anti-ijsvormingsmogelijkheden. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift "ACS Applied Materials &Interfaces", werpen een nieuw licht op de complexe wisselwerking tussen oppervlaktetopografie en druppeldynamiek.

Wanneer zich ijs vormt op oppervlakken, kan dit tot een reeks problemen leiden, van gladde wegen en trottoirs tot stroomstoringen en vliegtuigongelukken. Conventionele methoden voor het ontdooien omvatten vaak het gebruik van chemicaliën of mechanisch schrapen, die beide tijdrovend, arbeidsintensief en milieuonvriendelijk kunnen zijn.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Yutaka Masuda van de Tokyo University of Science, probeerde een alternatieve aanpak te verkennen door te bestuderen hoe oppervlaktegradiënten het gedrag van waterdruppels beïnvloeden. Ze veronderstelden dat het door controle van de oppervlaktetopografie mogelijk zou kunnen zijn om de hechtingssterkte tussen ijs en het oppervlak te verminderen, waardoor het gemakkelijker te verwijderen zou zijn.

Om hun hypothese te testen, vervaardigden de onderzoekers een reeks oppervlakken met verschillende gradiëntstructuren met behulp van een techniek die 'microfabricage' wordt genoemd. Vervolgens plaatsten ze waterdruppels op deze oppervlakken en observeerden hun gedrag.

Uit hun observaties bleek dat de gradiëntoppervlakken het druppelgedrag aanzienlijk beïnvloedden. Op oppervlakken met een geleidelijke helling verspreidden de druppels zich gemakkelijker en vertoonden ze kleinere contacthoeken vergeleken met oppervlakken met een steilere helling. Deze verkleining van de contacthoek duidt op een zwakkere hechting tussen de druppel en het oppervlak.

Bovendien ontdekte het team dat de oppervlaktegradiënten het bevriezings- en smeltgedrag van de druppels beïnvloedden. Op oppervlakken met een geleidelijke helling bevroor de druppeltjes langzamer en smolten ze sneller, wat gunstig zou kunnen zijn bij het voorkomen van ijsophoping.

Op basis van deze bevindingen concludeerden de onderzoekers dat oppervlaktegradiënten inderdaad het druppelgedrag kunnen beïnvloeden, inclusief ijsvorming en adhesie, wat hun potentiële toepassing suggereert bij de ontwikkeling van anti-ijsvormingsoppervlakken. Ze stellen voor dat dergelijke oppervlakken kunnen worden gebruikt in verschillende gebieden en toepassingen waar ijspreventie cruciaal is, zoals transport, krachtoverbrenging en ruimtevaart.

Deze ontdekking benadrukt het belang van het begrijpen en manipuleren van oppervlakte-eigenschappen op microscopisch niveau om de gewenste macroscopische effecten te bereiken. Het opent opwindende mogelijkheden voor het ontwerp en de fabricage van nieuwe oppervlakken met op maat gemaakte functionaliteiten voor een breed scala aan toepassingen die verder gaan dan anti-ijsvorming, inclusief zelfreinigende oppervlakken, vloeistoftransport en microfluïdica.