Door 'zipping wetting' geeft een druppel een vierkante vlek
Druppel smeert toch uit op superhydrofoob oppervlak
Een druppel die een sterk waterafstotend oppervlak tòch weet te
bevochtigen, doet dat op een opmerkelijke manier. De druppel die eerst
nog `bovenop' de microstructuur van het oppervlak ligt, kan plotseling
in de structuur zakken en zich uitspreiden volgens een mechanisme dat
onderzoekers van de Universiteit Twente `zipping wetting' hebben
gedoopt. Het opvallendst daaraan is de onverwachte vierkante vorm,
veroorzaakt doordat de vloeistof zich rij voor rij -`ritsend'-
verspreidt. De onderzoekers onder leiding van prof. Detlef Lohse en
prof. Matthias Wessling verklaren het fenomeen in een publicatie in
Physical Review Letters.
Een superhydrofoob oppervlak dankt zijn zelfreinigende `Lotus-effect'
aan een microstructuur van talloze kleine pilaartjes. Zij dragen de
druppels zoals een spijkerbed een fakir draagt, en voorkomen dat ze
uitsmeren over het oppervlak onder de pilaartjes. Druppels rollen er
vanaf en nemen onderweg vuil mee. Komt er toch vloeistof tussen de
pilaartjes, dan kan dit effect verloren gaan. De druppel is dan
vastgepind, kan niet meer rollen maar spreidt zich ook niet op de
gebruikelijke cirkelvormige manier uit. De vorm is vierkant, blijkt
uit de hogesnelheidsopnamen die de onderzoekers hebben gemaakt. Rij
voor rij worden de ruimten tussen de pilaartjes gevuld als een
ritssluiting: dit komt tot uiting in een stapsgewijze en vierkante
aangroei.
Kritieke punt
Deze relatief langzame `zipping wetting' - het duurt ongeveer een
milliseconde - treedt alleen op dichtbij het kritieke punt waarop de
overgang plaatsvindt, tonen de onderzoekers in hun publicatie aan. Dat
kritieke punt wordt onder meer bepaald door de eigenschappen van de
vloeistof en de vorm en onderlinge afstand van de pilaartjes. Verder
verwijderd van het kritieke punt zal vloeistof zich sneller
verspreiden, zoals over een glad oppervlak, en niet meer rij voor rij
maar cirkelvormig. Bepalend is de hoek die de onderzijde van de
druppel maakt met het oppervlak. Deze hoek is groot voor
superhydrofobe oppervlakken.
Illustratie van het fenomeen zipping wetting, met camerabeelden en
simulaties
Een druppel ligt niet langer `bovenop' de structuur maar zakt erin en
spreidt zich uit. In b) en c) is het uitspreiding van de vloeistof te
zien voor verschillende tussenruimte tussen de pilaartjes. Een
tussenruimte van 5 micrometer geeft zipping wetting, de grotere
tussenruimte in c) een cirkelvormig patroon. In d) en e) staan
numerieke simulaties van dezelfde situaties
Een kleine verstoring, bijvoorbeeld een productiefoutje of een vuiltje
tussen de pilaartjes kan de overgang van de superhydrofobe
`Cassie-Baxter toestand' naar de minder hydrofobe `Wenzel toestand'
initiëren. Maar het hoeft niet van zo'n toevalligheid af te hangen:
met de nieuwe resultaten denken de onderzoekers de overgang ook te
kunnen stúren. Dat kan van voordeel zijn voor materialen die normaal
gesproken waterafstotend zijn, maar die bepaalde vloeistoffen wèl
moeten opnemen. Dat is te beïnvloeden met de keuze van de
oppervlaktestructuur.
Het onderzoek is uitgevoerd in de onderzoeksgroepen Vloeistoffysica en
Membraantechnologie van de Universiteit Twente, deel uitmakend van de
onderzoeksinstituten MESA+ en IMPACT. Het is mogelijk gemaakt dankzij
het UT-speerpuntprogramma voor micro- en nanofluidics en het nationale
onderzoeksprogramma NanoNed.
Overgang van de Cassie-Baxter toestand naar de Wenzel toestand. Ofwel
van een superhydrofobe toestand waarbij een druppel bovenop een
oppervlak ligt naar een minder hydrofobe toestand die uiteindelijk kan
leiden tot uitsmeren van de druppel.
Overgang van de Cassie-Baxter toestand naar de Wenzel toestand met
bijbehorende kritische hoek
Het artikel `Spontaneous breakdown of superhydrophobicity' van Mauro
Sbragaglia, Alisia Peters, Christophe Pirat, Bram Borkent, Rob
Lammertink, Matthias Wessling en Detlef Lohse verschijnt in Physical
Review Letters. Het staat al in de online editie en is op verzoek als
pdf-bestand toe te sturen.
Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053) 4894244
Top
Laatst gewijzigd op 18-10-2007 16:03:52 door Webmaster
Universiteit Twente