Tutkijat saavuttivat aaltojen nopeusennätyksen vettä hylkivän pinnan avulla

Kapillaariaalloilla tarkoitetaan häviävän pieniä aaltoja, joita syntyy kun vesipisara putoaa lammikkoon. Kapillaariaaltojen avulla voidaan selvittää niitä kuljettavan aineen ominaisuuksia. Siksi aaltoja käytetään nykyään erityisesti pehmeän ja biologisen aineen tutkimuksessa, jossa tarkastellaan nestevirtausten käyttäytymistä mikroskooppisessa mittakaavassa.

Nyt Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan ja neurotieteen ja lääketieteellisen tekniikan laitoksen tutkijat ovat löytäneet uusia kapillaariaaltojen ominaisuuksia ja saavuttaneet samalla ennätyksen niiden aaltoliikkeen nopeudessa. Apulaisprofessori Heikki Niemisen ja professori Robin Rasin johtama tutkimus julkaistiin arvostetussa Nature Communications -lehdessä:   https://doi.org/10.1038/s41467-025-55907-w

Ensin tutkijat kehittivät keinotekoisen, lootuksenlehtien innoittaman superhydrofobisen eli erittäin vettähylkivän pinnan. Se piti plastronksi kutsutun vain muutaman millimetrin paksuisen kaasukerroksen paikallaan veden alla. Kaasukerros puolestaan suojeli superhydrofobista pintaa korroosiolta ja tahriintumiselta.

Tutkijoiden tarkoitus oli tutkia superhydrofobisuutta ilmiönä tarkemmin ja he suuntasivat ultraääntä rakennelmaa kohti. Tuloksena syntyi aaltoja, joille tutkijat antoivat nimen “plastroniset aallot”.

“Plastroniset aallot kulkivat vettä, superhydrofobista pintaa ja kaasukerrosta pitkin 45 kertaa nopeammin kuin tavallisen kapillaariaallot,” Nieminen sanoo.

Nopeusennätys on vain osa tulosta; kaasukerroksen stabiiliuden havainnointi aaltojen avulla on toinen, sillä herkän kaasukerroksen säilyttäminen ehjänä on haastavaa.

“Superhydrofobisuus on riippuvaista kaasukerroksen stabiiliudesta. Uusi keksintömme on työkalu, jolla voi tarkkailla kaasukerroksen stabiiliutta aikaisempaa paremmin. Juuri stabiilius mahdollistaa aalloille uusia käyttötarkoituksia, esimerkiksi parantamaan veden alla käytettävien teollisten ja lääketieteellisten laitteistojen käyttöikää ja tehokkuutta”, sanoo tutkijatohtori Maxime Fauconnier.

Puhtaasti tieteellisen merkityksen lisäksi löydölle voi olla käyttöä esimerkiksi bioteknologiassa ja materiaalitieteessä.

 “Osoitimme että kaasukerroksen muuttumista ja hajoamista veteen voi mitata tarkkailemalla aallon nopeuden muutosta. Tätä löytöä voisi käyttää mittalaitteena esimerkiksi farmakologiassa ja soluteknologiassa”, Fauconnier lisää.

Tutkimusta rahoitti Suomen Akatemia, Suomen kulttuurirahasto ja Euroopan Unionin HORIZON-ohjelma.