noen Ganger vannet sprer seg jevnt når den treffer en overflate; noen ganger er det perler i små dråper. Mens folk har lagt merke til disse forskjellene siden antikken, en bedre forståelse av disse egenskapene, og nye måter å kontrollere dem, kan bringe viktige nye programmer.
Materialer med en spesiell affinitet for vann — de sprer seg over, maksimere kontakt — er kjent som hydrofile., De som naturlig frastøte vann, noe som fører dråper til form, er kjent som hydrofobe. Begge klasser av materialer kan ha en betydelig innvirkning på resultatene av kraftverk, elektronikk, flyvinger og avsalting planter, blant andre teknologier, sier Kripa Varanasi, professor i mechanical engineering ved MIT. Forbedringer i hydrofile og hydrofobe overflater kan gi ketchup flasker der condiment bare glir rett ut, briller som aldri tåke opp, eller kraftverk som vri mer elektrisitet fra en gitt mengde drivstoff.,

Foto: Rong Xiao og Nenad Miljkovic

Hydrofile og hydrofobe materialer er definert av geometrien av vann på en flat overflate — spesifikt, vinkelen mellom en dråpe ‘ s edge og overflaten under den. Dette kalles kontakt vinkel.
Hvis dråpe sprer seg, wetting et stort område av overflaten, så ta kontakt med vinkel mindre enn 90 grader, og at overflaten er vurdert hydrofile, eller vann-elskende (fra det greske ord for vann, hydro og kjærlighet, philos)., Men hvis dråpe former en kule som så vidt berører overflaten — lignende dråper vann på en varm takke — kontakten vinkelen er mer enn 90 grader, og overflaten er hydrofobe, eller vann-i frykt.
Men terminologien stopper ikke der: de Fleste aktuell forskning på hydrofobe og hydrofile materialer som er fokusert på i ekstreme tilfeller — nemlig superhydrophobic og superhydrophilic materialer. Selv om definisjonene av disse begrepene er mindre presis, overflater hvor stramt dråper danne en kontakt vinkel på mer enn 160 grader anses superhydrophobic., Hvis dråpene spres ut nesten flat, med en kontakt vinkel på mindre enn ca 20 grader, overflaten er superhydrophilic.
«I mange tilfeller, det er ekstrem atferd som er nyttig i ingeniørfag,» sier Evelyn Wang, professor i mechanical engineering ved MIT som spesialiserer seg i superhydrophobic materialer. For eksempel, overflater av kondensatorer i avsalting planter eller kraftverk fungerer best når de er superhydrophobic, så dråper stadig gli og kan bli erstattet av nye., I motsatt fall, for applikasjoner der vann strømmer over en overflate for å holde det mot overoppheting, er det ønskelig å ha en superhydrophilic materiale, for å sikre maksimal kontakt mellom vann og overflaten.

Hvorfor disse fenomenene skje? Det er i hovedsak et spørsmål om overflaten kjemi, som er bestemt av egenskapene til materialene som er brukt. Formen på en overflate kan også forsterke virkninger: For eksempel, dersom et materiale er hydrofobe, som skaper nanopatterns på overflaten kan øke kontaktflaten med en dråpe, forsterke effekten og gjøre overflaten superhydrophobic., På samme måte, nanopatterning av en hydrofil overflaten kan gjøre det superhydrophilic. (Det finnes unntak, men der det er spesielle typer patterning faktisk kan reversere et materiale som er vanlige egenskaper.)
Det blir mer komplisert når ting er i bevegelse — slik tilfellet ofte er i virkelige situasjoner. For eksempel, når en flat overflate er skråstilt, noen dråper på det kan begynne å gli, vri sine former., Så utover målinger av statisk kontakt vinkler, en fullstendig forståelse av en overflate egenskaper krever også en analyse av hvordan kontakten vinkler på sin fremmarsj (foran) og viker (tilbake) kantene er forskjellig når overflaten er skråstilt.
på Grunn av den naturlige verden er full av hydrofobe og hydrofile overflater, det grunnleggende fenomenet har vært kjent av forskerne i minst to århundrer. For eksempel, lotus blad er et godt kjent eksempel på et hydrofobt materiale, beskytte vann-bolig anlegg fra å bli oversvømt., Noen arter, for eksempel stenocara beetle av Afrikas Namib-Ørkenen, kombinerer både trekk: insekt er tilbake, og vingene har hydrofile støt som oppfordrer kondens fra tåke; disse er omgitt av hydrofobe daler, som samler inn den resulterende dråper og kanalisere dem mot bille munnen — slik at det å overleve i en av Jordens tørreste steder.
Ett område av moderne interesse i hydrofobe og hydrofile overflater har å gjøre med energieffektivisering., Superhydrophobic overflater under utvikling av forskere ved MIT og andre steder kan føre til bedre varmeoverføring i kraft-anlegg kondensatorer, øke sine samlede effektivitet. Slike overflater kan også øke effektiviteten av avsalting planter.,
Ny teknologi har også bidratt til feltet: evnen til å skape nanopatterned overflater, med humper eller rygger bare et par billionths av en meter over, har aktivert en ny generasjon av vann-griper og vann-shedding materialer, nye high-resolution imaging av overflater i bevegelse har aktivert bedre forståelse av prosessene som er involvert.
Forskning aktivert av nye teknologier gjør det mulig å forstå og manipulere disse atferd på et nivå av detaljer utenkelige for et tiår eller to siden., Men noen ganger er den nye metoder vise hvor godt forskere hadde ting funnet ut for lenge siden: «Det er utrolig,» Varanasi sier, «som noen av de tingene vi kan validere nå var spådd et århundre siden.”