Das Forschungsteam der Universität Hunan hat ein einfaches und industriell anwendbares Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit extremer Benetzbarkeit auf einer superhydrophoben Oberfläche auf Al-Basis durch einen Verbundprozess aus elektrochemischem Maskenätzen und Mikrofräsen vorgeschlagen und eine kontrollierte Verdampfung, gerichtetes Abprallen und Transport erreicht Tröpfchen auf dieser Oberfläche erstmals über einen weiten Temperaturbereich.
Die auf Benetzbarkeitsunterschieden basierende Transportplattform wird weitere Anwendungen in Biochemie, mikrofluidischen Systemen, Zellkultur und Energiegewinnung und -nutzung eröffnen. Diese Forschung wurde in der veröffentlicht Zeitschrift Internationale Zeitschrift für Extreme Manufacturing.
Die Verdunstungsrate von Tröpfchen auf superhydrophoben Oberflächen war geringer als die von Tröpfchen auf hydrophilen Oberflächen. Eine kontrollierte Verdampfung von Tröpfchen auf einer hydrophilen Mikropit-Punktmatrix, einem kreisförmigen Rillenmuster oder anderen Benetzbarkeitsunterschiedsmustern kann durch Steuern der Geometrie des hydrophilen Musters erreicht werden.
Das gerichtete Abprallen von Tröpfchen mit unterschiedlichen Abständen kann erreicht werden, indem die Größe der Benetzbarkeitsdifferenz des Substrats über einen weiten Temperaturbereich gesteuert wird. Die Tröpfchen prallen in Richtung des benetzbareren hydrophilen Bereichs ab, je größer der Unterschied in der Benetzbarkeit, desto größer die Geschwindigkeit und Distanz des Aufpralls.
Wenn die Substrattemperatur unter dem Leidenfrost-Siedepunkt liegt, prallt das Tröpfchen in Richtung des hydrophilen Bereichs ab. Im Gegensatz dazu prallen Tröpfchen vertikal an der Verbindungsstelle ab oder bewegen sich aufgrund des von der Dampfschicht erzeugten Schubs in Richtung des superhydrophoben Bereichs.
Der kontrollierte Transport von Tröpfchen über einen weiten Temperaturbereich mit Konfluenz und Split-Flow unter Verwendung von Laplace-Druckgradienten auf extrem benetzbaren Oberflächen wurde realisiert. Mit dem Temperaturgradientenantrieb kann ein gerichteter und schwerkraftbeständiger Transport von deionisiertem Wasser, wasserfreiem Ethanol und Kerosin mit unterschiedlichen Viskositäten realisiert werden, wobei die Tröpfchenmigrationsgeschwindigkeit mit dem Temperaturgradienten zunimmt.
Durch die Analyse des Phänomens der Tröpfchenbewegung auf benetzbaren Oberflächen konnten die Forscher die Wirkung unterschiedlicher Benetzbarkeitsoberflächen auf die Tröpfchenbewegung verstehen. Die Forscher fanden heraus, dass die Größe des hydrophilen Bereichs bei Raumtemperatur die Verdunstungsrate und die Transportrichtung der Tröpfchen beeinflusste, die dazu neigten, stärker in Richtung hydrophiler Bereiche abzuprallen. Bei hohen Temperaturen prallt das Tröpfchen jedoch in Richtung des superhydrophoben Bereichs ab.
Das Team untersuchte eine vielversprechende Methode zur industriellen Herstellung von durch Benetzbarkeit differenzierten Oberflächen, aber die von ihnen entwickelte experimentelle Technik kann für viele verschiedene Anwendungen eingesetzt werden.
Yao Lu von der Queen Mary University of London sagt: „Dies ist eine sehr wertvolle und vielversprechende Errungenschaft und es ist nur der Anfang – wir versuchen bereits, diese Technik einzusetzen, um die Entwicklung von bionischen funktionalen Oberflächenstrukturen zu unterstützen, die in Industrien wie z wie Biochemie, mikrofluidische Systeme und Energiegewinnung und -nutzung.“
Chengsong Shu et al, Herstellung einer Oberfläche mit extremer Benetzbarkeit zur kontrollierbaren Tröpfchenmanipulation über einen weiten Temperaturbereich, Internationale Zeitschrift für extreme Fertigung (2022). DOI: 10.1088/2631-7990/ac94bb
Bereitgestellt vom International Journal of Extreme Manufacturing