Des chercheurs du Département de génie mécanique de l'Université de Hong Kong (HKU) ont réalisé une percée majeure dans la manipulation des gouttelettes. Ils ont découvert une façon innovante de faire naviguer des liquides sur une surface en l'absence de force ou d'énergie externe.

La goutte ressemble à une balle. Le contrôle des gouttelettes dans le plan est similaire au snooker où les balles sont dirigées pour se déplacer le long de la trajectoire souhaitée, une caractéristique très appréciée pour la gestion thermique, dessalement, livraison en libre-service des matériaux, et de nombreuses autres applications.

Classiquement, les chercheurs fabriquent des gradients de mouillage chimique ou des microtextures asymétriques pour mettre les gouttelettes en mouvement, similaire à la conception d'une bande transporteuse pour transporter les balles. Pour la première fois, Stagiaire postdoctoral RGC Dr. TANG Xin, Stagiaire postdoctoral Dr. LI Wei, et professeur titulaire des sciences et de l'ingénierie des fluides thermiques WANG Liqiu du département de génie mécanique de HKU a découvert que lorsqu'une gouttelette froide/chaude ou volatile est libérée sur un cristal piézoélectrique lubrifié (niobate de lithium) à température ambiante, la gouttelette se propulse instantanément sur une longue distance (qui peut être d'environ 50 fois le rayon de la gouttelette) dans des itinéraires furtifs. Selon le plan cristallin qui s'interface avec la gouttelette, l'autopropulsion peut être unidirectionnelle, bifurqué, et même trifurqué.

La découverte a été publiée dans Nature Nanotechnologie dans un article intitulé « Furcated Droplet Motility on Crystalline Surfaces ».

"Il s'agit d'un phénomène imprévu avec des implications de grande envergure. Des gouttelettes avec une différence de température douce à 5 °C sur une surface peuvent subir une propulsion auto-entretenue. Imaginez placer une balle sur une table parfaitement nivelée et lisse, au lieu de rester statique, la balle roule toute seule. Plus surprenant encore, la balle ne roule automatiquement que vers certaines directions définies, ", a déclaré le professeur Wang Liqiu.

Les chercheurs ont découvert que le mouvement du liquide à orientation intrinsèque est alimenté par un couplage thermo-piézoélectrique à échelle croisée qui est causé par l'anisotropie de la structure cristalline. Cela ressemble au fait qu'une table lisse est atomiquement agencée d'une manière inhabituelle de telle sorte qu'une source de chaleur symétrique peut produire un champ électrique asymétrique qui entraîne une balle en mouvement dans une direction déterminée par la direction de coupe de la surface de la table.

"Le travail permet une manière innovante de livrer et de transporter des liquides avec une contrôlabilité, polyvalence et performances, et fournit des indices pour résoudre certains défis de longue date tels que l'antigivrage, dégivrage et antibuée en milieu humide, " a déclaré le Dr Tang Xin.

Lorsqu'une gouttelette frappe un substrat surfondu tel que celui d'une aile d'avion et d'un câble d'alimentation, il gèle rapidement et adhère à la surface. Dans ce cas, la force électrique spontanée générée par le cristal peut perturber la gouttelette de nucléation, potentiellement diminuant l'adhérence interfaciale et retardant l'accumulation de glace préjudiciable.

L'autopropulsion améliorera également les performances de la condensation goutte à goutte en éliminant le condensat croissant de la surface, la barrière thermique, et ainsi potentiellement fournir une solution très prometteuse à la manipulation de gouttelettes dans l'espace où le rejet de gouttelettes assisté par gravité est absent.

De plus, les routes furcates peuvent être choisies sélectivement en ajoutant des perturbations externes telles que des champs électriques subtils. De cette façon, la surface peut agir comme une vanne plane à deux ou trois voies pour délivrer des gouttelettes contenant des informations, charges utiles chimiques ou biologiques.