Uutiset

Itsestään puhdistuvia seiniä ja jäätymättömiä lentokoneen siipiä – voimasensori auttaa uusien vettähylkivien materiaalien kehittämisessä

Tutkijoiden mukaan voimiin perustuvat mittaukset ovat kontaktikulmia parempi tapa tutkia superhydrofobisia pintoja.
Water droplet on a surface
Vesipisara superhydrofobisella mikropilaripinnalla. Kuva: Mika Latikka.

Pisaran ja pinnan vuorovaikutusta on jo yli kahden vuosisadan ajan tarkasteltu pisaran ja pinnan välistä kontaktikulmaa mittaamalla. Tuoreessa julkaisussaan Aalto-yliopiston tutkijat kuitenkin kyseenalaistavat kontaktikulmamenetelmän toimivuuden erittäin vettähylkivillä eli superhydrofobisilla pinnoilla.

Kontaktikulmamenetelmässä pieni kontaktikulma tarkoittaa, että pisara leviää pinnalle eli pinta kastuu. Suuri kontaktikulma taas tarkoittaa, että pisara on muodoltaan pallomainen eli pinta hylkii nestettä. Mittauksen tulos riippuu pisaran kuvaamiseen käytetyn kameran tarkkuudesta sekä siitä, missä kohtaa pisara ja pinta mittaajan mielestä koskettavat toisiaan. Tätä ei ole aina helppo määrittää tarkasti.

Where the measurement line is chosen alters the outcome of the measurement
Erittäin vettähylkivillä pinnoilla pisaran ja pinnan välinen kontaktikulma on suuri. Pienikin virhe pinnan ja pisaran välisen rajapinnan korkeuden määrityksessä johtaa suuriin virheisiin kontaktikulmissa. Kuva: Maja Vuckovac, Kai Liu ja Robin Ras.

”Kontaktikulmat toimivat hyvin tavallisilla pinnoilla, mutta superhydrofobisilla pinnoilla mittausvirheet kasvavat liian suuriksi. Tämä johtuu siitä, että kameroiden resoluutio ei yksinkertaisesti enää riitä kuvaamaan pinnan ja pisaran kontaktialuetta tarkasti. Myös optiset vääristymät tuottavat ongelmia”, kertoo tohtorikoulutettava Mika Latikka.

Superhydrofobisia pintoja voidaan käyttää esimerkiksi itsestään puhdistuvissa seinissä tai ikkunalaseissa, huurtumattomissa silmälaseissa tai estämään jään muodostumista lentokoneiden siipiin. Kastumisominaisuuksien tarkka mittaaminen on tärkeää esimerkiksi silloin, kun suunnitellaan uusia pintoja ja vertaillaan niiden ominaisuuksia.

”Nykyiset mittausmenetelmät rajoittavat vettä hylkivien pintojen kehittämistä. Tällä hetkellä kehitetään vedenhylkimisominaisuuksiltaan yhä parempia materiaaleja, mutta perinteiset mittausmenetelmät eivät ole pysyneet kehityksessä mukana”, Latikka sanoo.

Siinä missä kontaktikulma on pisaran ja pinnan vuorovaikutuksen epäsuora mittaustapa, vuorovaikutusta voidaan mitata suoraan voimasensorilla. Menetelmässä pisara kiinnitetään voimasensoriin, ja pisara viedään kosketuksiin pinnan kanssa.

”Voimasensori mittaa sitä voimaa, jolla pisara ja pinta haluavat pysyä yhdessä eli voimaa, jolla ne vastustavat eroamista toisistaan”, Latikka kertoo.

Aiemmin riittävän herkkiä ja samalla kestäviä voimasensoreita ei ole ollut helposti saatavilla. Nyt tilanne on muuttumassa, ja tulevaisuudessa myös liikkuvaan pisaraan vaikuttavia kitkavoimia voidaan mitata magneettikentillä ohjattujen pisaroiden oskillaatiota eli liikettä seuraamalla. Mitä nopeammin oskillaatio vaimenee, sitä suurempi on kitka pisaran ja pinnan välillä.

”Voimien mittaamiseen perustuvat menetelmät ovat paitsi tarkempia myös tarkoituksenmukaisempia uusien materiaalien kehittämisessä”, sanoo professori Robin Ras.

Lisätietoja:

Artikkeli: Improving surface-wetting characterization

Mika Latikka
Tohtorikoulutettava
Aalto-yliopisto
[email protected]
puh. 050 380 2093

Robin Ras
Professori
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
Biosynteettisten hybridimateriaalien molekyylimuokkauksen huippuyksikkö
[email protected]
puh. 050 432 6633

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Informaationäytöllä on säätietoja, uutisia ja tapahtumia.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Välinpitämätön vilkaisu vai aitoa kiinnostusta? Uusi malli ennustaa, mikä näytöllä vangitsee katsojan

Aalto-yliopiston ja Suomen tekoälykeskus FCAI:n tutkijoiden kehittämä menetelmä auttaa valitsemaan katsojia palvelevia sisältöjä julkisten tilojen informaationäyttöihin.
Henkilö seisoo kädet puuskassa seinän edessä, jolle on heijastettu virtapiirejä esittävä kuva ja katselee tyynen näköisenä poispäin kamerasta.
Mediatiedotteet, Opinnot Julkaistu:

Verkostoyliopisto FITech sai lisäaikaa maksuttomille ICT-kursseille

Tietotekniikan alan kaikille avoimia kursseja jatketaan opetus- ja kulttuuriministeriön päätöksellä vuoden 2023 loppuun.
Tilannekuvia siitä, miten hiukkaset muuttavat muotoaan prosessin eri vaiheissa niitten alkuperäisestä jakautumisesta lopputulokseen. Kuva: Aalto-yliopisto
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat keksivät, miten jäljitellä veden ja tuulen tapaa siirtää materiaaleja

Hiukkaset siirtyvät tärinälevyllä haluttuun muotoon energiakentän ja älykkään algoritmin avulla. Tulevaisuudessa menetelmää voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa sekä uusissa valmistusteknologioissa.
Kuva Mekong-joelta
Mediatiedotteet Julkaistu:

Ilmastonmuutoksen vaikutukset lisäävät vesidiplomatian tarvetta

Vesikysymykset ovat yhä enemmän myös politiikkaa. Siksi niitä setviessä ei voi loputtomiin väistellä jännitteitä, sanoo tutkija.