Исследователи создали сверхбыстрые «пластронные волны» на водоотталкивающей поверхности, перемещающиеся с беспрецедентной скоростью. Этот прорыв открывает возможности мониторинга тонких газовых слоев, что может трансформировать биотехнологии, материаловедение и эффективность промышленности.

Рябь, которую, например, образовывают капли дождя, падающие в лужу, известна как капиллярные волны. Они изучались на протяжении столетий и дают ценную информацию о поверхностях, по которым перемещаются. Это делает их особенно полезными при изучении мягких материалов и биологических систем, особенно в микрофлюидных приложениях, которые изучают поведение жидкости в микроскопическом масштабе.

Теперь группа физиков и биомедицинских исследователей с кафедры нейронауки и биомедицинской инженерии и кафедры прикладной физики Университета Аалто открыла новые свойства капиллярных волн, установив рекорд по скорости этого процесса. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Communications.

Чтобы сделать это открытие, междисциплинарная группа под руководством доцента Хейкки Ниеминена и профессора Робина Раса разработала синтетическую поверхность, вдохновленную листьями лотоса. Она была изготовлена из чрезвычайно водоотталкивающего материала, известного как супергидрофобная поверхность, который удерживает тонкий слой газа, называемый пластроном, под водой.

Этот микроскопический газовый слой не только помогает защитить поверхность от коррозии и загрязнения, но и улучшает ее гидродинамические свойства. С целью углубления понимания супергидрофобности команда исследовала механическую реакцию пластрона на высокофокусированный ультразвук. При этом исследователи генерировали рябь, которую назвали «пластронными волнами».

«Пластронные волны распространялись по воде, супергидрофобной поверхности и газовому слою в 45 раз быстрее, чем обычно это делают капиллярные волны», — говорит Ниеминен.

Установление рекорда скорости волны — это, по словам исследователей, только часть результата. Использование тех же волн для контроля стабильности пластрона — другая часть. Поддержание тонкого газового слоя поверх супергидрофобной поверхности одновременно и очень важно, и очень сложно.

«Супергидрофобность основана на стабильности пластрона, открывая новые возможности в подводных приложениях, например, для улучшения срока службы оборудования и эксплуатационной эффективности как в промышленных, так и в биомедицинских средах. Наша новая технология — это инструмент для лучшего, чем раньше, мониторинга стабильности газового слоя», — говорит первый автор исследования, научный сотрудник-постдокторант Максим Фоконье, который также проводил эксперимент.

Помимо содействия фундаментальной науке, это открытие представляет собой возможную раннюю стадию использования в таких областях, как биотехнология и материаловедение.

«Мы показали, что можем измерить, как пластрон изменяется и постепенно растворяется в воде, отслеживая изменение скорости волны с течением времени. Эту систему можно использовать в качестве датчика в других приложениях. Например, она может быть полезна в фармакологии и клеточной технологии», — говорит Фоконье.

Ранее исследователи впервые обнаружили доказательства того, что даже микроквазары с маломассивными звездами могут эффективно ускорять частицы. Это открытие имеет важные последствия для понимания распространенности гамма-лучей во Вселенной и роли микроквазаров в производстве космических лучей.