Finským výzkumníkům se podařilo překonat rychlostní rekord v mikroskopickém světě, když v rámci studia vysoce vodoodpudivých materiálů vytvořili vlnu, která svou fázovou rychlostí předčila veškerá očekávání.
Asi každý z nás byl někdy fascinován pohledem na zvlnění hladiny vody při dopadu dešťových kapek na její povrch. Soustředné kruhy vznikající tímto způsobem – též známé jako kapilární vlny – jsou ve skutečnosti výsledkem vzájemného působení několika fyzikálních faktorů, včetně povrchového napětí vody či odporu vzduchu, resp. větru. I proto tento fenomén dlouhodobě fascinuje nejen laickou, ale i odbornou veřejnost.
Takzvané kapilární vlny vznikají například při dopadu kapky na hladinu vody. Vědci však objevili nový, ještě zajímavější druh vln. Foto: Unsplash
V průběhu vývoje znalostí ze světa materiálových věd se vědcům podařilo zjistit, že charakteristický pohyb těchto vln nám může poskytnout poměrně velké množství informací o vlastnostech kapaliny, na níž se tvoří. Tento výzkum má pak značný význam především v mikroskopickém světě, například v oboru mikrofluidiky, která pracuje v měřítkách o velikosti nanometrů/nanolitrů i menších rozměrů. V takových mírách je pak zapotřebí vzít v potaz celou řadu parametrů, které zkoumaná tekutina má, včetně jejich vlnových vlastností.
Inspirace v přírodě
Podobným směrem se ubíral i výzkum vědců z finské Aaltovy univerzity. Ti za tímto účelem vytvořili speciální syntetický materiál, jehož struktura čerpala inspiraci ze stavby listu některých vodních rostlin. Díky kombinaci povrchových chemických vlastností a mikroskopické topografie se podařilo vyrobit extrémně vodoodpudivou strukturu. Ta při kontaktu s tekutinou dokáže na fázovém rozhraní zachytit tenkou vrstvu plynu (tzv. plastron), který zajistí, že kapalné či plynné částice do pevného materiálu neproniknou. Tyto „superhydrofobní“ firmy pak mohou tvořit ochrannou vrstvu před korozí či znečištěním, případně také mění hydrodynamické vlastnosti původních materiálů.
Pro účely studie vytvořili vědci materiál, který odpuzuje vodu podobně jako list lotosu. Foto: Unsplash
Vědci se ve studii zveřejněné v časopise Nature Communications věnovali studiu chování plastronů po vystavení soustředěnému ultrazvukovému vlnění. Výsledkem byl vznik nových vln, které pojmenovali jako plastronové, a které se na rozhraní vody a superhydrofobního povrchu pohybovaly zhruba 45krát rychleji než běžné kapilární vlny. Tím byl stanoven nový rychlostní rekord v této kategorii mechaniky.
Praktické využití objevu
Autoři práce tvrdí, že intenzitu plastronových vln bude možné využít jako měřitelný parametr stability samotného plastronu. Ta je totiž klíčová pro zajištění vysokého stupně vodoodpudivosti materiálu. Superhydrofobizace by tak mohla najít uplatnění v průmyslu (jako způsob ochrany před korozí) či biomedicíně (k výrobě přesnějších mikrofluidních systémů). Předpokládá se pak využití i v dalších přidružených oborech, které pracují s bezvodým prostředím.
