Diese Trampolinspringen Wassertropfen scheinen Physik trotzen

Der Winter kommt, und mit ihm unvermeidlich Flugverspätungen als Bodenpersonal zu klettern, um diese Flugzeugtragflächen vor dem Abflug an kalten winterlichen Tagen enteisen. Wäre es nicht fantastisch, wenn alle, die Feuchtigkeit nie eine Chance hatte zu frieren, und stattdessen nur direkt an die Oberfläche prallte?

Schwedische Wissenschaftler denken sie haben einen Weg um genau so eine Lösung gefunden, über speziell entwickelte Silizium Oberflächen, die abstoßen Wassertropfen so vehement, die Tropfen buchstäblich hüpfen, wie auf einem Trampolin. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Natur letzte Woche.

Mit Hilfe einer speziellen Druckkammer, platziert Forscher an der ETH Zürich in der Schweiz eine kleine Wassertropfen auf eine starre Unterlage aus Silikon gefertigt. Sie ließ den Druck in der Kammer und die Tröpfchen anschließende Bewegung mit einer high-Speed-Video-Kamera aufgezeichnet. Was sie beobachtet, war überraschend. Pro die Pressemitteilung von der ETH Zürich:

Zuerst die Tropfen ruhte bewegungslos auf der Oberfläche, aber bei rund ein Zwanzigstel des normalen atmosphärischen Drucks plötzlich sprang. Nach einem kurzen Sprung des Tröpfchens landete schließlich auf der Oberfläche wieder, um nur zu springen, wieder – sogar noch höher als beim ersten Mal. Genau wie ein Sportler auf einem Trampolin springen höher mit jeder Rebound aus dem elastischen Blatt wurde die Wassertropfen höher nach jedem Kontakt mit der Oberfläche angetrieben, obwohl die Oberfläche völlig starr war.

Überprüfen Sie es heraus in dem Video unten, inklusive ein Athleten springen auf einem Trampolin für den Vergleich:

Dies sollte nicht wirklich passieren: etwas fallen auf eine starre Unterlage sollte nicht magisch genügend Schwung, höher und höher im Laufe der Zeit auf die Beine zu gewinnen. Es sollte allmählich niedriger bounce und senken, wie es Energie verliert. So gibt was?

Die Schweizer Wissenschaftler fanden heraus, dass dieses merkwürdige Verhalten nicht wirklich die Gesetze der Physik zu trotzen. Es ist eine Kombination der Wasserverdunstung und die einzigartigen wasserabweisenden Eigenschaften von Siliziumoberfläche, die Tröpfchen handeln führt, wie sie auf einem Trampolin.

Eis-Kristalle Start bilden als Verdampfen von Wasser auf dem Silizium Oberfläche "Super-kühlt" unter dem Gefrierpunkt. In diesem Fall heizt das Droplet kurz für einen Moment. "Diese Heizung geschieht in wenigen Millisekunden, und infolgedessen, gibt Anlass zu explosiven Verdampfung" Hauptautor Thomas Schutzius erklärt. Und die Wärmeabgabe des Tröpfchens kühlt wieder runter damit den Zyklus, dieses Mal mit noch höheren Überdruck zwischen Oberfläche und Tropfen wiederholen kann:

Was die Siliziumoberfläche gibt es ein Sweet Spot, wobei die Oberfläche ausreichend rau sein muss, damit die Tröpfchen nicht an die Oberfläche haften, doch glatt genug, dass Wasserdampf nicht durch winzige Risse und Poren zu schnell sehen. Das ETH-Team mikrostrukturierte Oberflächen haben Arrays genau organisierte winzige Spalten verteilt etwa fünf Mikrometer voneinander entfernt. Diese Struktur scheint den Sweet Spot um die Wassertropfen abprallen zu treffen.

Die größte Herausforderung wird herauszufinden wie wie man dies bei normalen Luftdruck arbeiten. Und dann konnten wir endlich haben schöne Dinge wie eisfrei Stromleitungen, Straßen, die natürlich Wasser und Eis abstoßen – und vielleicht ein Ende die zeitraubende Flugzeugflügel, Enteisung, da Wassertropfen einfach die Flügel abprallen würde bevor sie eine Chance zu frieren.

Referenzen:

Schutzius, Thomas M. Et Al. (2015) "spontan Tröpfchen Trampolinspringen auf starre superhydrophob Oberflächen" Natur 527:82-85.

Vollmer, Doris und Po, Hans-Jürgen. (2015) "Materialwissenschaft: Tröpfchen Sprung in Aktion," Natur 527:41-42.

[Über Nanowerks News und ETH Zürich]

Bild: Visualisierung von Ziffer Werke/ETH Zürich. Videos: Schutzias Et Al. /Natur.