پژوهشگران روشی ابداع کردند که با استفاده از آن می‌توان یک قطره را روی سطح حرکت داد بدون این که نیرویی به آن اعمال شود. این فناوری برای توسعه سامانه‌های یخ‌زدایی از بال هواپیما قابل استفاده خواهد بود.
حرکت قطره روی سطح بدون اعمال نیروی خارجی!
محققان گروه مهندسی مکانیک در دانشگاه هنگ کنگ (HKU) به پیشرفت مهمی در دستکاری قطرات دست یافتند. آن‌ها راهی نوآورانه برای حرکت مایعات روی سطح در غیاب نیروی یا انرژی خارجی کشف کردند.
قطره شبیه یک توپ است. کنترل قطرات داخل هواپیما شبیه اسنوکر است که در آن توپ‌ها به‌منظور حرکت در مسیر مورد نظر هدایت می‌شوند، این ویژگی برای مدیریت حرارتی، نمک زدایی، تحویل مواد و کاربردهای دیگر بسیار ارزشمند است.
به‌طور معمول، محققان با اصلاح شیمیایی گرادیانی در خواص ترشوندگی سطح ایجاد می‌کنند یا ریز بافت‌های نامتقارن را برای حرکت قطرات روی سطح به کار می‌گیرند. اما در این پروژه تانگ زین و همکارانش نشان دادند وقتی قطرات سرد/گرم روی بلور پیزوالکتریک روانکاری شده (نیوبیات لیتیوم) در دمای محیط آزاد می‌شود، بلافاصله در مسافت طولانی (که می‌تواند ۵۰ برابر شعاع قطرات باشد) در مسیرهای شاخه‌ای حرکت می‌کند. بسته به صفحه بلوری که با قطره در ارتباط است، این حرکت خود به خودی می‌تواند یک جهته، دو شاخه‌ای و حتی سه شاخه‌ای باشد.
نتایج این یافته در مقاله‌ای با عنوان «Furcated Droplet Motility on Surstaces Surstaces» در نشریه Nature Nanotechnology منتشر شده است.
پروفسور وانگ لیکیو گفت: «این یک پدیده پیش‌بینی نشده با پیامدهای گسترده است. قطرات با اختلاف درجه حرارت کم در حد ۵ درجه سانتی‌گراد روی سطح می‌توانند به حرکت در آیند. تصور کنید یک توپ را روی میز کاملاً تراز و صاف قرار دهید. توپ به جای ثابت ماندن به‌طور خودکار به سمت و جهت‌های مشخصی می‌چرخد.»
محققان دریافتند که حرکت مایع در اثر خاصیت ناهمسانگردی ساختار بلوری انجام می‌شود. این پدیده شبیه این است که یک میز صاف از نظر اتمی به شکلی غیرمعمول چیده شود به طوری که یک منبع حرارتی متقارن می‌تواند میدان الکتریکی نامتقارنی ایجاد کند که یک توپ را در جهت مشخص شده با جهت برش سطح میز حرکت می‌دهد.
دکتر تانگ شین می‌گوید: «این کار روشی نوآورانه برای انتقال و جابه‌جایی مایعات با قابلیت کنترل، تطبیق‌پذیری و کنترل عملکرد را فراهم می‌کند و سرنخ‌هایی را برای حل برخی از چالش‌های طولانی مدت مانند یخ‌زدایی در محیط‌های مرطوب را فراهم می‌کند.»
هنگامی که یک قطره به یک بستر فوق سرد مانند بال هواپیما و کابل برق برخورد می‌کند، به سرعت منجمد می‌شود و به سطح می‌چسبد. در این حالت، نیروی الکتریکی خود به خودی ایجاد شده توسط بلور، می‌تواند حرکت قطرات را مختل کند، به‌طور بالقوه چسبندگی سطحی را کاهش داده و جمع شدن یخ را به تأخیر اندازد.
دکتر لی وی گفت: «بدیهی است که این رویکرد جدید برای دستکاری انواع مختلفی از مایعات و بلورهای پیزوالکتریک کار می‌کند، بنابراین فرصت‌هایی برای تحقیقات بیشتر و توسعه مواد و فناوری‌های جدید فراهم می‌شود.»
