uneori apa se răspândește uniform atunci când atinge o suprafață; uneori se mărginește în picături mici. În timp ce oamenii au observat aceste diferențe încă din cele mai vechi timpuri, o mai bună înțelegere a acestor proprietăți și noi modalități de a le controla pot aduce noi aplicații importante.
materialele cu o afinitate specială pentru apă — Cele pe care le răspândește, maximizând contactul — sunt cunoscute sub numele de hidrofile., Cei care resping în mod natural apa, provocând formarea picăturilor, sunt cunoscuți ca hidrofobi. Ambele clase de materiale pot avea un impact semnificativ asupra performanței centralelor electrice, electronice, aripi de avion și instalații de desalinizare, printre alte tehnologii, spune Kripa Varanasi, profesor asociat de inginerie mecanică la MIT. Îmbunătățirile suprafețelor hidrofile și hidrofobe ar putea oferi sticle de ketchup în care condimentul doar alunecă imediat, ochelari care nu se aburesc niciodată sau centrale electrice care stoarcă mai multă energie electrică dintr-o anumită cantitate de combustibil.,

Fotografie prin amabilitatea de Xiao Rong și Nenad Miljkovic

Hidrofile și hidrofobe materiale sunt definite de geometria de apă pe o suprafață plană — unghiul dintre o picătură pe marginea și suprafața de sub ea. Aceasta se numește unghiul de contact.
dacă picătura se răspândește, umezind o suprafață mare a suprafeței, atunci unghiul de contact este mai mic de 90 de grade și acea suprafață este considerată hidrofilă sau iubitoare de apă (din cuvintele grecești pentru apă, hidro și dragoste, philos)., Dar dacă picătura formează o sferă care abia atinge picăturile de apă de suprafață pe o tavă fierbinte-unghiul de contact este mai mare de 90 de grade, iar suprafața este hidrofobă sau temătoare de apă.
dar terminologia nu se oprește aici: majoritatea cercetărilor actuale privind materialele hidrofobe și hidrofile se concentrează pe cazuri extreme — și anume, materiale superhidrofobe și superhidrofile. Deși definițiile acestor termeni sunt mai puțin precise, suprafețele în care picăturile strânse formează un unghi de contact mai mare de 160 de grade sunt considerate superhidrofobe., Dacă picăturile sunt întinse aproape plat, cu un unghi de contact mai mic de aproximativ 20 de grade, suprafața este superhidrofilă.
„în multe cazuri, comportamentul extrem este util în inginerie”, spune Evelyn Wang, profesor asociat de inginerie mecanică la MIT, specializat în materiale superhidrofobe. De exemplu, suprafețele condensatoarelor din instalațiile de desalinizare sau centralele electrice funcționează cel mai bine atunci când sunt superhidrofobe, astfel încât picăturile alunecă constant și pot fi înlocuite cu altele noi., În schimb, pentru aplicațiile în care apa curge pe o suprafață pentru ao împiedica să se supraîncălzească, este de dorit să existe un material superhidrofil, pentru a asigura un contact maxim între apă și suprafață.

De ce se întâmplă aceste fenomene? Este în esență o chestiune de chimie de suprafață, care este determinată de caracteristicile materialelor utilizate. Forma o suprafață pot de asemenea amplifica efectele: De exemplu, dacă un material este hidrofob, crearea nanopatterns pe suprafața sa poate crește zona de contact cu o picătură, amplificând efectul și de a face suprafata hidrofoba., În mod similar, nanopatterning de o suprafață hidrofilă poate face superhidrofile. (Există excepții, cu toate acestea, în cazul în care tipuri speciale de modelare pot inversa de fapt proprietățile obișnuite ale unui material.)
devine mai complicat atunci când lucrurile se mișcă — așa cum se întâmplă adesea în situațiile din lumea reală. De exemplu, atunci când o suprafață plană este înclinată, orice picături de pe ea pot începe să alunece, distorsionând formele lor., Deci, dincolo de măsurătorile unghiurilor statice de contact, o înțelegere completă a proprietăților unei suprafețe necesită, de asemenea, o analiză a modului în care unghiurile de contact de la marginile sale de avansare (față) și de retragere (spate) diferă atunci când suprafața este înclinată.
deoarece lumea naturală este plină de suprafețe hidrofobe și hidrofile, elementele de bază ale fenomenului au fost cunoscute de oamenii de știință timp de cel puțin două secole. De exemplu, frunza de lotus este un exemplu binecunoscut de material hidrofob, care protejează planta care locuiește în apă de a deveni îmbibată cu apă., Unele specii, cum ar fi stenocara beetle din Africa Deșertul Namib, combina ambele trăsături: insecta s-a întors și aripi au hidrofile umflaturi care să încurajeze formarea condensului de ceață; acestea sunt înconjurate de hidrofob jgheaburi, care colecta rezultând picături și să-i atragem spre beetle gura — permițându-i să supraviețuiască într-unul de Pământ e mai uscate locuri.
un domeniu de interes modern pentru suprafețele hidrofobe și hidrofile are legătură cu eficiența energetică., Superhidrofob suprafețe în curs de dezvoltare de către cercetătorii de la MIT și în altă parte ar putea duce la mai bine de transfer de căldură în centrala condensatoare, sporindu-le eficiența globală. Astfel de suprafețe ar putea crește, de asemenea, eficiența instalațiilor de desalinizare.,
Noile tehnologii au contribuit de asemenea la domeniul: capacitatea De a crea nanopatterned suprafețe cu proeminențe sau creste doar câteva miliardimi de metru în diametru, a permis o nouă generație de apă-hapsân și apă-vărsare de materiale; noi high-resolution imaging dintre suprafețele în mișcare a permis o mai bună înțelegere a proceselor implicate.
cercetarea activată de noile tehnologii face posibilă înțelegerea și manipularea acestor comportamente la un nivel de detaliu de neconceput în urmă cu un deceniu sau două., Dar, uneori, noile metode arată cât de bine și-au dat seama oamenii de știință cu mult timp în urmă: „este uimitor”, spune Varanasi, „că unele dintre lucrurile pe care le putem valida acum au fost prezise cu un secol în urmă.”