Дослідники KAUST помітили, що коли краплі води конденсуються з повітря на холодну поверхню, покриту маслом, краплі починають складний танець. Цей рух — схожий на процес, відомий як ефект Чиріоса, коли плаваюча злакова культура має тенденцію групуватися через поверхневий натяг — може допомогти прискорити збір води з атмосфери в посушливих регіонах, таких як Саудівська Аравія.
«Ми зацікавлені в розробці поверхонь, які можуть сприяти конденсації води, яка має важливе застосування для теплопередачі та збору води», — говорить Маркус Лін, науковий співробітник лабораторії Дена Деніела, який керував дослідженням. На типовій твердій поверхні конденсовані краплі прилипають до поверхні з мінімальним рухом. «Подумайте про те, як вода конденсується на холодній банці газованої води», — каже Лін. «Краплі рухаються лише тоді, коли стають достатньо великими, щоб гравітація потягнула їх вниз».
Дивовижні рухи крапель
Деніел, Лін та їхні співробітники придумали, що додавання тонкої плівки олії змастить поверхню, що призведе до високорухомих крапель, які звільнять простір для подальшої конденсації крапель, підвищуючи швидкість конденсації. Ідея спрацювала, але складні шляхи, якими рухалися краплі, були повною несподіванкою, каже Деніел.
Коли краплі виросли до критичного розміру, вони почали рухатися по олії чітким візерунком, схожим на складний танець. «Спочатку вони рухалися змієподібно, потім перейшли в кругові рухи, а потім знову назад», — каже Лін. «Ці рухи відбувалися в масштабах від мікрометрів до кількох сантиметрів і тривали годинами».
Рушійною силою процесу є те, що — як Cheerios у молоці — краплі води, що плавають на олії, притягуються до своїх сусідів. Рух більших крапель керується енергією, що виділяється, коли вони поглинають менші краплі на своєму шляху.
Рухомі краплі перерозподіляють масляну плівку та перемикаються зі змієподібного руху на круговий, коли плівка локально виснажується. Коли місцева нафта відновлюється, зміїний танець відновлюється.
Деніел каже, що такі пристрої, які можуть ефективно захоплювати воду з повітря шляхом простої конденсації без витрат енергії, широко шукаються, оскільки зростає тиск на джерела прісної води. «Завдяки оптимізації спільного руху крапель, що конденсуються, ми можемо значно підвищити швидкість конденсації і, отже, розробити більш ефективні системи збору води», — говорить він.
Команда планує продовжити дослідження механізмів руху крапель, зокрема досліджуючи перехід від серпантину до кругового руху. «Іншим ключовим аспектом є вивчення потенційних застосувань, зокрема для підвищення теплопередачі та збору води», — додає Лін.