Une nouvelle façon de contrôler le séchage des liquides sur les surfaces, ce qui pourrait apporter des avantages à de nombreuses industries, a été découvert par des chercheurs de l'Université de Northumbria et de l'Open University.

Les résultats de l'équipe de recherche ont été publiés aujourd'hui, Mercredi 11 avril, par la revue Communication Nature .

Les filigranes restent lorsqu'une gouttelette sèche sur une surface solide, par exemple, quand les gouttes de pluie sèchent à la surface d'une voiture, ou lorsque l'eau sèche sur un verre à vin après la vaisselle.

La façon dont les filigranes apparaissent sur une surface est incontrôlable car la forme et l'emplacement d'une gouttelette lorsqu'elle s'évapore est imprévisible. Cela pose des limites à de nombreuses applications, comme l'impression à jet d'encre, où une goutte d'encre peut laisser une forme déformée sur le papier, et micro-ingénierie, où les filigranes peuvent gâcher les performances des microstructures délicates.

Cependant, les chercheurs du laboratoire Smart Materials and Surfaces de l'Université de Northumbria, et l'École de mathématiques et de statistiques de l'Open University, ont trouvé pour la première fois un nouveau moyen de contrôler la forme et l'emplacement des gouttelettes de séchage, connue sous le nom d'« évaporation instantanée ».

Lorsqu'une gouttelette s'évapore sur une surface solide, son bord 'épingle' et 'dépin' de manière incontrôlée. Cet effet est dû à la rugosité microscopique de la surface solide nue. Cependant, les chercheurs ont pu contrôler le séchage des gouttelettes, grâce à une combinaison de géométrie solide ondulée et d'un traitement de surface ultra-lisse.

Leurs découvertes pourraient avoir un impact sur de nombreuses applications quotidiennes - par exemple, l'industrie automobile pourrait traiter les surfaces des voitures différemment pour minimiser les filigranes, et l'industrie des smartphones et de l'informatique pourrait améliorer l'efficacité des micro-caloducs, qui évacuent la chaleur des microprocesseurs.

Dr Gary Wells, Maître de conférences à l'Université de Northumbria, a déclaré :« Une boîte à œufs est un exemple de solide ondulé :elle présente des pics et des vallées répétés qui forment un motif ondulé. Nous avons imprimé en 3D un tel motif ondulé et recouvert sa surface rugueuse d'une fine couche de lubrifiant. La surface composite résultante conserve la forme ondulée, mais devient « ultra-lisse ».

« Quand nous avons laissé des gouttelettes d'eau s'évaporer sur ces surfaces ondulées, ils se sont d'abord rétractés du solide de manière douce, comme on peut s'y attendre pour un solide parfaitement lisse. Cependant, la surface ondulée fait "claquer" les gouttelettes à des points spécifiques, changer leur position et leur forme. C'est un nouveau mode d'évaporation, que nous avons nommé « évaporation instantanée ».

"Remarquablement, ce processus est hautement reproductible, et nous avons constaté que la conception réelle du motif ondulé peut contrôler la position et la forme de la gouttelette. »

La raison du comportement d'accrochage réside dans la théorie de la bifurcation, une branche des mathématiques qui étudie comment un système - dans ce cas la gouttelette - répond à un changement dans un paramètre de contrôle - dans ce cas une réduction de masse due à l'évaporation.

Docteur Marc Pradas, Maître de conférences à l'Open University, a expliqué:"L'idée principale derrière notre théorie est que la configuration qu'une gouttelette prend sur un motif solide ondulé n'est pas unique. Il existe différentes formes et positions que la même quantité de liquide peut occuper sur un motif ondulé donné.

« Lors de l'évaporation, la masse d'une goutte change, et il s'avère que ce qui était une forme et une position de goutte stables devient instable. À ce point, qui est connu comme une bifurcation, la goutte doit changer de forme et de position. La surface ondulée agit comme un volant, guidant la gouttelette vers la prochaine configuration stable après qu'un snap s'est produit."

Dr Rodrigo Ledesma-Aguilar, Professeur agrégé à l'Université de Northumbria, a ajouté :« Les implications de notre étude peuvent avoir un impact dans de nombreuses applications quotidiennes, et nous travaillons actuellement avec des partenaires industriels qui peuvent bénéficier de nos recherches.

"Par exemple, nous travaillons avec Jaguar Land Rover pour développer de nouvelles stratégies qui minimisent les filigranes sur les surfaces des voitures. Un autre exemple est notre collaboration avec Sustainable Energy Systems, qui peuvent bénéficier de nos résultats en améliorant l'efficacité des systèmes d'élimination de la chaleur utilisés dans les microprocesseurs tels que les CPU et les GPU."

Les résultats complets de la recherche peuvent être trouvés dans l'article Snap évaporation des gouttelettes sur des topographies lisses qui est publié dans Communication Nature .