Inspiré de la feuille d'Araucaria, l'équipe a conçu une surface avec des structures à cliquet 3D, qui permettent à des liquides de différentes tensions superficielles de se répandre dans différentes directions. Crédit :Université de la ville de Hong Kong
Inspiré d'une sorte de feuille d'arbre, des scientifiques de la City University of Hong Kong (CityU) ont découvert que la direction de propagation de différents liquides déposés sur la même surface peut être dirigée, relever un défi qui perdure depuis plus de deux siècles. Cette percée pourrait déclencher une nouvelle vague d'utilisation de structures de surface 3D pour la manipulation intelligente de liquides avec des implications profondes pour diverses applications scientifiques et industrielles, telles que la conception fluidique et l'amélioration du transfert de chaleur.
Dirigé par le professeur Wang Zuankai, professeur titulaire au Département de génie mécanique (MNE) de CityU, l'équipe de recherche a découvert que le comportement inattendu de transport de liquide de la feuille d'Araucaria fournit un prototype passionnant pour la direction directionnelle des liquides, repousser les frontières du transport des liquides. Leurs découvertes ont été publiées dans la prestigieuse revue scientifique Science sous le titre "Direction directionnelle liquide induite par un rochet capillaire tridimensionnel".
L'araucaria est une espèce d'arbre populaire dans la conception de jardins. Son vantail est constitué de cliquets disposés périodiquement s'inclinant vers l'extrémité du vantail. Chaque cliquet a une pointe, avec une courbure à la fois transversale et longitudinale sur sa surface supérieure et relativement plate, surface inférieure lisse. Lorsqu'un des membres de l'équipe de recherche, Dr Feng Shile, visité un parc à thème à Hong Kong avec des arbres Araucaria, la structure de surface spéciale de la feuille a attiré son attention.
La structure spéciale des feuilles permet au liquide de se répandre dans différentes directions
"La compréhension conventionnelle est qu'un liquide déposé sur une surface a tendance à se déplacer dans des directions qui réduisent l'énergie de surface. Sa direction de transport est déterminée principalement par la structure de la surface et n'a rien à voir avec les propriétés du liquide, comme la tension superficielle, " a déclaré le professeur Wang. Mais l'équipe de recherche a constaté que les liquides avec des tensions de surface différentes présentent des directions opposées de propagation sur la feuille d'Araucaria, en contraste frappant avec la compréhension conventionnelle.
En imitant sa structure naturelle, l'équipe a conçu la surface inspirée des feuilles d'Araucaria avec des cliquets 3D, qui permettent à différents mélanges eau-éthanol de tension superficielle variable de s'étaler dans trois directions :vers l'avant, en arrière et dans les deux sens. Crédit :Université de la ville de Hong Kong
En imitant sa structure naturelle, l'équipe a conçu une surface inspirée des feuilles d'Araucaria (ALIS), avec des cliquets 3D de taille millimétrique qui permettent aux liquides d'être absorbés (c'est-à-dire déplacés par capillarité) à la fois dans et hors du plan de surface. Ils ont reproduit les propriétés physiques de la feuille avec l'impression 3D de polymères. Ils ont constaté que les structures et la taille des cliquets, notamment la structure rentrante à la pointe des cliquets, l'écartement bout à bout des cliquets, et l'angle d'inclinaison des cliquets, sont cruciaux pour la direction directionnelle liquide.
Pour les liquides à haute tension superficielle, comme l'eau, l'équipe de recherche a découvert qu'une frontière de liquide est « épinglée » à la pointe du cliquet 3D. Étant donné que l'espacement de bout en bout du cliquet est comparable à la longueur capillaire (millimètre) du liquide, le liquide peut reculer dans le sens inverse de l'inclinaison du cliquet. En revanche, pour les liquides à faible tension superficielle, comme l'éthanol, la tension superficielle agit comme une force motrice et permet au liquide d'avancer le long de la direction d'inclinaison du cliquet.
