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

Lisää tästä aiheesta

Jäteveden käsittely
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Jäteveden ravinteista kierrätyslannoitetta

Tutkijoiden kehittämässä NPHarvest-prosessissa otetaan jäteveden typpi ja fosfori talteen.
Droplet of honey in a superhydrophobic tube
Mediatiedotteet Julkaistu:

Hunaja virtaa vettä nopeammin erikoispäällystetyissä putkissa

Mitä korkeaviskoosisempaa neste on, sitä enemmän vettähylkivä eli superhydrofobinen pinnoite lisää sen juoksevuutta.
Aalto-yliopiston alumni Ulla Heikkilä on ohjannut ja käsikirjoittanut lyhytelokuvan Let her speak. Se on osa Yksittäistapaus-elokuvasarjaa, joka tuo esiin naisiin kohdistuvaa näkymätöntä vallankäyttöä niin yksityiselämässä kuin yhteiskunnassa. Kuvassa näyttelijä Iida-MariaHeinonen. Kuva: JohannaOnnismaa/TuffiFilms2019
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tuoreet selvitykset vahvistavat: naistekijä on yhä altavastaaja Suomen elokuva- ja tv-alalla

Alaa hallitsevat verkostot, joiden ulkopuolella putoaa herkästi palkkakuoppaan ja työttömyyteen. Naiset kohtaavat myös toistuvasti sukupuoleen liitettyä kielteistä arviointia.
Aallossa kehitetty kolmiulotteinen malli, jossa aurinkotuulen vaikutuksesta Venuksesta pakenevat hapen ionit on kuvattu punaisilla pisteillä
Mediatiedotteet Julkaistu:

Merkuriukseen matkaava BepiColombo ohitti Venuksen – simulaatio näyttää planeetalta karkaavat hiukkaspilvet

Aalto-yliopiston tutkijat ovat olleet mukana rakentamassa luotaimen mittalaitteita, joiden avulla tutkitaan muun muassa Venuksen ja Merkuriuksen avaruussäätä.