Капли заряжаются от «прыжков» (новое открытие из МТИ)
Конденсация на металлической пластине приводит к образованию капель, которые несут электрический заряд,. Совершенно неожиданно ученые из Массачусетского технологического института обнаружили, что крошечные капельки воды, которые формируются на сверхгидрофобных поверхностях, а затем «спрыгивают» с них, несут электрический заряд. Это открытие может способствовать созданию более эффективных электростанций и получению энергии из атмосферы новым способом.
Открытие описано в журнале Nature Communications, авторами статьи являются постдок Массачусетского института Ненад Милькович (Nenad Miljkovic), профессор технологии машиностроения Эвелин Вонг (Evelyn Wang) и еще двое ученых.
Это открытие продолжает уже начатую работу исследовательской группы. При определенных условиях, не просто при скольжении вниз и падении с поверхности под воздействием силы тяжести, капли действительно могут «отпрыгнуть» от нее. Это происходит, когда капельки воды конденсируются на металлической поверхности с определенным видом сверхгидрофобного покрытия, и минимум две капли соединяются в одну. Затем они могут внезапно «отпрыгнуть» в результате выпуска избыточной энергии.
«На высокоскоростном видео мы увидели: когда эти капли прыгают, они отталкиваются друг от друга в течение полета, рассказывает Милькович об открытии. - Предыдущие исследования не показали такого эффекта. Когда мы впервые это увидели, мы были заинтригованы».
Чтобы понять причину этого отталкивания капель друг от друга в процессе полета, исследователи провели серию экспериментов с использованием заряженного электрода. Конечно же, когда электрод имел положительный заряд, капельки отталкивались от него и друг от друга. Когда у него был отрицательный заряд, капли к нему притягивались. Так было установлено, что капли обладают положительным электрическим зарядом, что и заставляет их отталкиваться от поверхности.
Электрический заряд возникает потому, что капельки, формируясь на поверхности, совершенно естественно образуют двойной электрический слой (положительный и отрицательный). Когда сливаются находящиеся рядом капли, это приводит к тому, что они отскакивают от поверхности, и как следствие, по словам Мильковича, этот процесс происходит «так быстро, что заряд разделяется: некоторое количество остается на каплях, некоторое на поверхности».
Предыдущее открытие (о том, что капельки могут отпрыгивать от поверхности конденсатора) способствовало созданию механизма, который повысил эффективность теплообмена в этих конденсаторах, и, следовательно, общую производительность электростанций. Новое открытие сделает электростанции еще более эффективными. По словам Мильковича, появится возможность использовать металлическую пластину, чтобы притягивать капли к ней, что сократит вероятность падения обратно на конденсатор под действием силы тяжести либо сопротивления, создаваемого паром вокруг поверхности.
Но, по словам Мильковича, это еще не все. Можно разместить параллельно две металлические пластины, при этом от одной из них капли будут отталкиваться, к другой же притягиваться. В результате можно генерировать какое-то количество энергии прямо из воздуха. Все, что потребуется от вас, это охладить поверхность до температуры воды в озере или реке. «Необходимо обеспечить, чтобы поверхность была холодной и влажной, - говорит Милькович. – Мы работаем над демонстрацией этой концепции».
Процесс отталкивания капель от поверхности и друг от друга можно посмотреть на видео ниже:
По материалам пресс-релиза Массачусетского института.
Анастасия Полянская nauka21vek.ru