Research press release

【物理学】液滴が跳ね返って回転運動を始めるような固体表面の作り方

Nature Communications

Physics: Putting a spin on droplets

跳ね返った水滴が毎分7300回転を超える速度で回転運動するような表面を作製する方法を紹介する論文が、今週掲載される。この知見は、水力エネルギーの回収や、自己洗浄(セルフクリーニング)、着氷防止に応用できると考えられている。

液滴が固体表面にぶつかった後どうなるか(跳ね返るのか飛び散るのか)は、その固体の構造と化学的特性に依存する。しかし、こうした液滴は変形しやすく、液滴と固体の接触時間が非常に短いことから、液滴の挙動を操作することは難題である。

今回の研究で、Yanlin Songたちは、化学的パターン形成法を採用して、疎水性(撥水性)の低接着性表面に高接着性のらせんパターンを作り出した。この表面に液滴がぶつかると、表面パターンによって非軸対称のピン止め力(軸周りに発生する非対称の力)が生じ、跳ね返った液滴が回転運動した。

Songたちは、今回観測されたプロセスによって、液体の運動をきめ細かく制御する方法への新たな道が開けるという見解を示している。

A method to create a surface that makes water droplets gyrate when they rebound off it, with rotational speeds exceeding 7,300 revolutions per minute, is described in Nature Communications this week. The findings may have applications in hydro-energy collection, self-cleaning and anti-icing processes.

When a droplet hits a surface, the outcome (if it rebounds or splashes) depends on the structure and chemical properties of the solid. However, owing to the deformability of the droplet and how quickly the interaction between the impacting droplet and solid takes place, it is challenging to manipulate this behaviour.

Yanlin Song and colleagues introduce a chemical patterning method in which high-adhesive spirals are surrounded by hydrophobic (water repelling), low-adhesive regions. When a droplet hits the surface, these patterns induce non-axisymmetric pinning forces (non-symmetrical forces around an axis) which make the droplet gyrate as it rebounds.

The authors suggest that the observed process opens up a promising avenue for the delicate control of liquid motion.

doi: 10.1038/s41467-019-08919-2

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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