Někdy se voda šíří rovnoměrně, když to udeří povrch; někdy to korálky do drobných kapiček. Zatímco lidé si všimli tyto rozdíly od starověku, lepší pochopení těchto vlastností, a nové způsoby jejich ovládání, může přinést důležité nové aplikace.
materiály se speciální afinitou k vodě — ty, které se šíří napříč, maximalizují kontakt — jsou známé jako hydrofilní., Ty, které přirozeně odpuzují vodu a způsobují tvorbu kapiček, jsou známé jako hydrofobní. Obě třídy materiálů může mít významný dopad na výkon elektráren, elektronika, letadla křídla a odsolování rostlin, mezi další technologie, říká Kripa Varanasi, profesor mechanického inženýrství na MIT. Zlepšení v hydrofilní a hydrofobní povrchy by mohly poskytnout kečup láhve, kde koření jen klouže pryč, brýle nikdy mlha, nebo elektráren, které vyždímat více elektřiny z daného množství paliva.,

Foto s laskavým svolením Xiao Rong a Nenad Miljkovic

Hydrofilní a hydrofobní materiály jsou definována geometrie vody na rovném povrchu — konkrétně, úhel mezi kapička hrany a povrch pod ním. Tomu se říká úhel kontaktu.
Pokud se kapička pomazánky, smáčení velká plocha povrchu, pak kontaktní úhel je méně než 90 stupňů a povrch je považován za hydrofilní, nebo voda-milující (z řeckého slova pro vodu, vodní, a láska, philos)., Ale pokud se nevytvoří kapka koule, která se sotva dotkne povrchu — jako kapky vody na rozpálené pánvi — kontaktní úhel je větší než 90 stupňů, a povrch je hydrofobní, nebo bojící se vody.
ale terminologie tam nekončí: většina současného výzkumu hydrofobních a hydrofilních materiálů je zaměřena na extrémní případy — konkrétně na superhydrofobní a superhydrofilní materiály. Ačkoli definice těchto pojmů jsou méně přesné, povrchy, kde těsné kapičky tvoří kontaktní úhel více než 160 stupňů, jsou považovány za superhydrofobní., Pokud jsou kapičky rozloženy téměř rovně, s kontaktním úhlem menším než asi 20 stupňů, povrch je superhydrofilní.
„V mnoha případech, je to extrémní chování, které je užitečné ve strojírenství,“ říká Evelyn Wang, profesor mechanického inženýrství na MIT, který se specializuje na superhydrofobní materiály. Například, povrchů kondenzátorů v odsolovací zařízení nebo elektrárny pracují nejlépe, když jsou superhydrofobní, takže kapičky neustále sklouznout a mohou být nahrazeny novými., Naopak pro aplikace, kde voda proudí přes povrch, aby to z přehřátí, je žádoucí, aby se superhydrophilic materiálu, aby byla zajištěna maximální kontakt mezi vodou a povrchem.
proč se tyto jevy dějí? Je to v podstatě otázka povrchové chemie, která je určena vlastnostmi použitých materiálů. Tvar povrchu může také zesilovat účinky: například, pokud je materiál hydrofobní, vytváření nanopatterns na jeho povrchu může zvýšit kontaktní plochu s kapičky, zesilování efektu, a superhydrofobní povrch., Podobně může být nanopatření hydrofilního povrchu superhydrofilní. (Existují však výjimky, kdy speciální druhy vzorování mohou skutečně zvrátit běžné vlastnosti materiálu.)
je to složitější, když se věci pohybují-jak je tomu často v reálných situacích. Například, když je nakloněn rovný povrch, mohou se na něm začít klouzat kapky, které zkreslují jejich tvary., Takže za měření statické kontaktní úhly, úplné pochopení povrchové vlastnosti také vyžaduje analýzu toho, jak kontaktní úhly na jeho postupující (přední) a ustupující (zadní) hrany se liší, když ten povrch je šikmý.
protože přírodní svět je plný hydrofobních a hydrofilních povrchů, základy tohoto jevu vědci znají nejméně dvě století. Například lotosový list je známým příkladem hydrofobního materiálu, který chrání rostlinu obydlí před podmáčením., Některé druhy, jako je stenocara brouk Afriky je Namib Desert, kombinují obě vlastnosti: hmyz je zpět a křídla mají hydrofilní hrboly, které podporují kondenzaci z mlhy; tyto jsou obklopeny hydrofobní žlaby, které sbírat výsledný kapičky a trychtýř je k brouk úst — umožňuje to přežít v jedné Zemi je nejsušší místa.
jedna oblast moderního zájmu o hydrofobní a hydrofilní povrchy má co do činění s energetickou účinností., Superhydrofobní povrchy ve vývoji výzkumníci na MIT a jinde by mohla vést k lepší přenos tepla v elektrárně kondenzátory, což zvyšuje jejich celkovou efektivitu. Takové povrchy by také mohly zvýšit účinnost odsolovacích zařízení.,
Nová technologie také přispěla k oboru: možnost vytvořit nanopatterned povrchy, s hrboly nebo hřebeny jen pár miliardtin metru přes umožnil nové generaci vody-popadat a voda-prolévání materiálů; nové high-resolution imaging povrchů v pohybu umožnila lepší pochopení probíhajících procesů.
Výzkum umožnil prostřednictvím nové technologie umožňuje pochopit a manipulovat chování na úrovni detailu nemyslitelné před deseti či dvaceti lety., Ale někdy nové metody ukazují, jak dobře vědci už dávno zjistili:“ je to úžasné, „říká Varanasi,“ že některé z věcí, které nyní můžeme ověřit, byly předpovězeny před sto lety.”