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

NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
 Tutkimustyössä hyödynnetään Aalto-yliopiston radiokaiutonta huonetta Otaniemessä. Kuva: Aalto-yliopisto / Unto Rautio
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Uusi tohtorikoulutusohjelma keskittyy radioaaltojen energiatehokkuuteen

Nokian lahjoitus Aalto-yliopistolle kohdistuu tulevaisuuden matkaviestinjärjestelmiin ja erityisesti laitekehityksen tutkimukseen.
RDM & Open Science training
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkimusdatan hallinnan ja avoimen tieteen koulutukset keväällä 2023

Kaikille avoimien koulutusten ilmoittautuminen on avattu.
Microscopic image of giant gas vesicles.
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat loivat tehokkaan varjoaineen kuorruttamalla kuplia proteiinilla

Bakteerien solunsisäisten kelluntakuplien inspiroimat tutkijat kehittivät samanlaisen tekniikan pienten kaasuvesikkelien kuorruttamiseen sienistä saatavalla proteiinilla. Lopputuloksena syntyvät kuplat ovat turvallisia ja erittäin stabiileja, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää esimerkiksi ultraäänitutkimuksen varjoaineena.