Ученые заставили капли воды «бегать» по поверхности графена почти со скоростью гоночного автомобиля

Не так давно группа исследователей из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH), Иллинойского университета и Технического университета в Дании заставила крошечные капельки воды двигаться по поверхности графена со скоростью до 250 километров в час, в два раза выше скорости бегущего гепарда и немного не дотягивая до скорости гоночного автомобиля. Интересно то, что для движения воды с такой скоростью не требуется никаких насосов, все это достигается за счет формирования «образов» на поверхности графена, которые обеспечивают различные углы контакта воды с поверхностью в передней и задней части движущейся капли.

«Мы получили высокоскоростной транспорт водяных капелек по поверхности графена. Помимо того, что мы имеем возможность управления направлением движения, перемещение капель не требует никаких дополнительных затрат энергии» — пишут исследователи, — «Все это может найти применение в таких областях, как нанопроизводство, целевая доставка лекарственных препаратов и т.п.».

Для создания графенового «шоссе» на его поверхности формируются специальные области. Если вода контактирует с этой областью под одним углом, то поверхность имеет ярко выраженные гидрофобные свойства, при изменении угла контакта свойства поверхности плавно изменяются в сторону гидрофильных. При попадании капли воды, состоящей из 1500 молекул, на такую поверхность, она начинает двигаться и ускоряться за счет разницы в углах контакта с поверхностью в передней и задней части. Отметим, что подобный механизм уже давно используется в природе, за счет его некоторые живые существа и растения с высокой эффективностью собирают и перемещают воду в пределах своего организма.

Во время проведения экспериментов с графеном ученым удалось измерить скорость движения капелек воды, которая составила 100 метров в секунду. Это практически в два раза быстрее скоростей, получаемых при использовании других методов и технологий, почти все из которых требуют дополнительных затрат энергии. Как и ожидалось, меньшие капельки воды движутся по графену быстрей более крупных капель, которые имеют большую инерционность и на них действуют большие силы трения с поверхностью.

На основе полученных экспериментальных данных ученые рассчитали математические законы, которым подчиняется такой принцип движения. При помощи этого математического аппарата были разработаны модели, позволяющие управлять траекторией движения капель воды. А в своих следующих исследованиях ученые попробуют реализовать подобные вещи с использованием других наноматериалов, углеродных нанотрубок, к примеру.