Cette plate-forme de gouttelettes automotrice pourrait être utilisée pour des surfaces autonettoyantes et d'autres applications. Crédit :Harvard SEAS
Le contrôle du mouvement des gouttelettes liquides est important dans de nombreuses applications qui génèrent de la chaleur, des condensateurs des centrales électriques aux ordinateurs personnels. Les techniques pour contrôler les gouttelettes sur les surfaces aujourd'hui comprennent l'utilisation de la bonne gravité à l'ancienne, revêtements chimiques hydrophobes, et les gradients de température.
Mais que se passerait-il si une gouttelette pouvait se propulser sur une surface sans produits chimiques, gradients préprogrammés ou énergie supplémentaire ?
Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont décrit un cadre pour le mouvement auto-excité des gouttelettes. La recherche est publiée dans Lettres d'examen physique .
"Notre système de mouvement auto-excité ne nécessite aucun forçage ou gradient extérieur, " dit Aditi Chakrabarti, stagiaire postdoctoral à SEAS et premier auteur de l'article. "Il crée spontanément et répond aux gradients par lui-même."
Le système utilise une gouttelette de solvant liquide, comme de l'acétone ou du dissolvant pour vernis à ongles, sur une fine feuille de matériau. Lorsque la gouttelette touche la surface pour la première fois, une partie du liquide est absorbée dans le matériau et le matériau gonfle. Lorsque le matériau gonfle, il se déforme et crée une pente sur laquelle la gouttelette roule. Maintenant, la partie gonflée de la feuille est exposée à l'air et le liquide absorbé s'évapore, permettant à la feuille de retrouver sa forme d'origine.
Solvant liquide oscillant sur un substrat mince (Image reproduite avec l'aimable autorisation d'Aditi Chakrabarti/Harvard SEAS
Le même processus se produit partout où la gouttelette se déplace, créant un mouvement oscillant qui pousse une goutte de liquide dans les deux sens entre deux points sur la surface. L'oscillation se poursuit jusqu'à ce que la goutte se rétracte.
"Ce mouvement de bascule est entièrement auto-piloté par l'interaction entre ces trois comportements :gonflement dû à l'absorption, écoulement et évaporation des fluides, " a déclaré Chakrabarti. " Ce type de mouvement auto-généré n'a jamais été exploré auparavant et pourrait conduire à des applications passionnantes. "
La gouttelette liquide cesse d'osciller lorsqu'elle atteint une taille critique. Crédit :Aditi Chakrabarti/Harvard SEAS
L'équipe de recherche a utilisé différents types de solvants et de tailles de gouttelettes pour générer ce comportement sur des feuilles minces.
"L'exploitation de tels comportements et mouvements dans les systèmes à couches minces pourrait fournir un moyen naturel de piloter des moteurs à petite échelle, oscillateurs, et pompes, " dit L. Mahadevan, le professeur Lola England de Valpine de mathématiques appliquées, de biologie organique et évolutive, et de physique et auteur principal de l'article. "Ce système pourrait également fournir un modèle physique simple pour comprendre comment les systèmes biologiques, comme les protocellules, mouvement."
