Joskus vesi leviää tasaisesti, kun se osuu pintaan, joskus se helmiä pieniksi pisaroiksi. Vaikka ihmiset ovat huomanneet nämä erot muinaisista ajoista lähtien, näiden ominaisuuksien parempi ymmärtäminen ja uudet tavat hallita niitä voivat tuoda tärkeitä uusia sovelluksia.
Materiaalit erityinen affiniteetti vettä — ne, se leviää, maksimoida yhteyttä — tunnetaan hydrofiilinen., Ne, jotka luonnostaan hylkivät vettä, jolloin pisaroita muodostuu, tunnetaan hydrofobisina. Molemmat luokat materiaaleja voi olla merkittävä vaikutus suorituskykyyn power plants -, elektroniikka -, lentokone siivet ja suolanpoistolaitokset, muun tekniikoita, sanoo Kripa Varanasi, dosentti, konetekniikan MIT. Parannuksia hydrofiiliset ja hydrofobiset pinnat voisi tarjota ketsuppi pullot, joissa mauste vain liukuu ulos, lasit, joka ei koskaan huurtua, tai voimalaitokset, että vääntää enemmän sähköä tietyn määrän polttoainetta.,

Kuva kohteliaisuus Xiao Rong ja Nenad Miljkovic

Hydrofiilinen ja hydrofobinen materiaalit ovat määritelty geometria vettä tasaiselle pinnalle — erityisesti, välinen kulma pisaran äärellä ja pinnan alla. Tätä kutsutaan kosketuskulmaksi.
Jos pisara leviää, kostutus suuri alue pinta, niin ota yhteyttä kulma on vähemmän kuin 90 astetta, ja että pinta pidetään hydrofiilinen, tai vesi-rakastava (kreikan sanoista vesi -, vesi -, ja rakkautta, filosofian)., Mutta jos pisara muodostaa pallo, joka tuskin koskettaa pintaa — kuten tippaa vettä kuumalla parilalla — yhteystiedot kulma on yli 90 astetta, ja pinta on hydrofobinen, vesi-tai pelkäävä.
Mutta terminologia ei lopu tähän: uusin tutkimus on hydrofobinen ja hydrofiilinen aineet on keskittynyt äärimmäisissä tapauksissa — eli superhydrophobic ja superhydrophilic materiaaleja. Vaikka määritelmät näitä ehtoja ovat vähemmän tarkkoja, pinnat, joissa tiukka pisaroiden muodossa kontaktikulma yli 160 astetta pidetään superhydrophobic., Jos pisarat ovat levittäytyneet lähes tasainen, kontaktikulma on pienempi kuin noin 20 astetta, pinta on superhydrophilic.
”Vuonna paljon tapauksissa, se on äärimmäisen käyttäytymistä, joka on hyödyllinen engineering”, sanoo Evelyn Wang, dosentti koneenrakennus MIT: ssä, joka on erikoistunut superhydrophobic materiaaleja. Esimerkiksi suolanpoistolaitosten tai voimalaitosten lauhduttimien pinnat toimivat parhaiten silloin, kun ne ovat superhydrofobisia, joten pisarat liukuvat jatkuvasti pois ja ne voidaan korvata uusilla., Päinvastoin, sovellukset, jossa vesi virtaa yli pinnan pitää sitä ylikuumenemiselta, se on toivottavaa saada superhydrophilic materiaali, varmistaa mahdollisimman kontakti veden ja pinta.

miksi nämä ilmiöt tapahtuvat? Kyse on lähinnä pintakemiasta, joka määräytyy käytettyjen materiaalien ominaisuuksien perusteella. Muoto pinta voi myös täydentää vaikutuksia: esimerkiksi, jos materiaali on vettä hylkivää, luoda nanopatterns sen pinnalle voi lisätä kontaktipinta pisara, voimistamalla vaikutus ja tekee pinnan superhydrophobic., Samoin hydrofiilisen pinnan nanopatteri voi tehdä siitä superhydrofiilisen. (On kuitenkin poikkeuksia, joissa erikoiset kuviointi voi itse asiassa kääntää materiaalin tavallisia ominaisuuksia.)
tilanne mutkistuu, kun asiat etenevät-kuten reaalimaailman tilanteissa usein tapahtuu. Esimerkiksi kun tasainen pinta on kallellaan, sen päällä olevat pisarat voivat alkaa liukua vääristäen niiden muotoja., Niin kuin mittaukset staattisen yhteyttä näkökulmista täydellinen ymmärtäminen pinta on ominaisuuksia edellyttää myös analyysi siitä, miten ottaa yhteyttä kulmat sen eteenpäin (edessä) ja väistymässä (takaisin) reunat poikkeavat toisistaan, kun pinta on vino.
koska luonnollinen maailma on täynnä hydrofobisia ja hydrofiilisiä pintoja, ilmiön perusteet ovat olleet tutkijoiden tiedossa ainakin kahden vuosisadan ajan. Esimerkiksi lotus lehtiä on tunnettu esimerkki hydrofobinen materiaali, suojella vettä-asunnon kasvi tulemasta vetinen., Jotkut lajit, kuten stenocara beetle Afrikan Namib Desert, yhdistää molemmat piirteet: hyönteisen takaisin ja siivet on hydrofiilinen kuoppia, jotka kannustavat tiivistyminen sumu; nämä ovat ympäröi hydrofobinen kaukalot, joka kerää tuloksena pisaroita ja suppilo heitä kohti beetle on suu — jotta se voi selviytyä yksi Maapallon kuivimmista paikoista.
Yksi hydrofobisia ja hydrofiilisiä pintoja nykyään kiinnostava alue liittyy energiatehokkuuteen., Superhydrophobic pinnat kehitteillä tutkijat MIT ja muualla voisi johtaa paremmin lämpöä siirrä power-kasvi lauhduttimet, lisätä niiden yleistä tehokkuutta. Tällaiset pinnat voisivat myös lisätä suolanpoistolaitosten tehokkuutta.,
Uusi teknologia on myös vaikuttanut alalla: kyky luoda nanopatterned pinnat, kuoppia tai harjut vain muutaman miljardisosaa jossain metri yli, on mahdollistanut uuden sukupolven vesi-tarttumalla ja vesi-irtoaminen materiaalit; uusi high-resolution imaging pinnat liikkeessä on käytössä parempi käsitys prosessien mukana.
Tutkimus mahdollisti uusien teknologioiden avulla on mahdollista ymmärtää ja käsitellä, näitä käyttäytymismalleja tasolla yksityiskohtaisesti käsittämätöntä vuosikymmen tai kaksi sitten., Mutta joskus uudet menetelmät osoittavat, miten hyvin tiedemiehet olivat keksineet asiat jo kauan sitten:” on hämmästyttävää”, Varanasi sanoo, ” että jotkut asiat, jotka voimme nyt vahvistaa, ennustettiin sata vuotta sitten.”