Une gouttelette tombant sur une surface qui est considérablement surfondue s'est avérée geler d'une manière jamais observée auparavant. Au lieu de la croissance bien connue des cristaux, une surface plus froide entraîne le déplacement de fronts de glace circulaires. Ces fronts se déplacent du centre vers le bord de la goutte de congélation. Des scientifiques de l'Université de Twente et du Centre Max Planck pour la dynamique des fluides complexes ont démontré pour la première fois cet effet, et donner une explication du mécanisme physique impliqué dans la dernière Actes de l'Académie nationale des sciences .

Quand la pluie tombe sur une surface encore gelée, cela rend la route très glissante en peu de temps. Il s'agit d'un exemple de gouttelettes liquides tombant sur une surface dont la température est inférieure au point de fusion - elle est "surfondue". Le gel de la goutte et la cristallisation évoquent les structures dendritiques en forme d'étoile souvent observées dans les flocons de neige. Si la surface est plus froide, cependant, la gouttelette ne gèle pas seulement plus rapidement, mais le mécanisme change, également. Sur une surface suffisamment froide, un phénomène remarquable se produit :A partir du centre de la goutte, les fronts de glace se déplacent vers le bord alors que la gouttelette continue de se répandre. Cela se produit à plusieurs reprises, jusqu'à ce que la goutte soit complètement congelée.

Filmer d'en bas

Les chercheurs de l'UT l'ont observé en filmant le gel de la goutte d'en bas, exactement à la surface. La lumière laser est réfléchie à l'interface et filmée à l'aide d'une caméra ultra-rapide. Ceci est également appelé réflexion interne totale (TIR), et est basé sur la même méthode qui est utilisée pour prendre les empreintes digitales. Dans les expériences, la gouttelette tombante est de l'hexadécane, qui a un point de fusion de 18 degrés Celsius. Les vagues ont été observées lorsque la température de surface a été abaissée à 11 degrés en dessous de ce point.

Flux interne

Dans leur explication théorique en PNAS , les scientifiques de l'UT montrent que la goutte est la plus froide au point d'impact, C'est, au milieu. Des cristaux se forment autour de cela, mais en même temps, le flux de fluide interne les pousse jusqu'aux limites. Ce processus se répète jusqu'à ce que la goutte entière gèle. L'étude révèle également que la température de la surface modifie la façon dont la gouttelette solidifiée se fixe à la surface, changeant ainsi la facilité avec laquelle il peut être "décollé".

La recherche donne non seulement un aperçu fondamental du processus de congélation, cela pourrait aider les chercheurs à développer des surfaces antigivrantes comme celles des avions. Il peut améliorer les techniques d'impression 3D qui utilisent la solidification de la cire fondue. Et cela peut aider à faire progresser la lithographie ultraviolette extrême (EUV) pour la fabrication de puces. Là, les gouttelettes métalliques en fusion qui se solidifient sur les miroirs pourraient obstruer l'ensemble du processus.

Le papier, "Cinétique de congélation rapide à l'intérieur d'une gouttelette impactant une surface froide, " est publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).