Німецькі дослідники довели, що крім поверхневої енергії і в’язкого тертя значну роль в рухові краплі по гідрофобній поверхні грає статична електрика. Результати роботи опубліковані в журналі Nature Physics.
Група фізиків з Інституту дослідження полімерів Товариства Макса і Дармштадтського технічного університету встановила, що ні капілярні, ні в’язкопружні сили не можуть пояснити відмінності у швидкості, з якою краплі рухаються по різних поверхнях. Як відзначають вчені, питання викликало, зокрема, той факт, що краплі стікають з різною швидкістю по декількох підкладках — навіть якщо ці підкладки мають ідентичне покриття поверхні.
Для пояснення відхилення траєкторії фактичного руху краплі від розрахункової фізики ввели додаткову силу. Автори роботи організували своєрідну “гонку”. Вони знімали велику кількість крапель, що рухаються по різних поверхнях. Для кожного руху дослідники визначали профілі швидкості та прискорення, розраховували сили, які вже були відомі, щоб визначити додаткову силу.
Аналіз показав, що значення цієї нової сили відповідало електростатичній взаємодії, яку дослідники вперше описали в моделі кілька років тому.
“Порівнюючи експериментальні результати з цією чисельною моделлю, ми можемо пояснити раніше заплутані траєкторії крапель”, – говорить Стефан Вебер, один з учасників дослідження.
Як відзначають вчені, якщо раніше нейтральні краплі ковзають по ізолятору, вони можуть стати електрично зарядженими. З іншого боку, на електропровідній поверхні крапля негайно віддає свій заряд назад на підкладку.
“Тому великий вплив на рух має електростатична сила, яку ніхто раніше не враховував: її необхідно брати до уваги для води, водних електролітів і етиленгліколю на всіх випробуваних гідрофобних поверхнях», — додає Вебер.
За словами фізиків, результати дослідження допоможуть поліпшити контроль за рухом крапель у багатьох прикладних додатках, у тому числі у пресі, мікрофлюїдиці і навіть у виробленні електроенергії за допомогою крапельних міні-генераторів.