Study of flow and air layer close to hydrophobic surface

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F46747885%3A24620%2F17%3A00004597" target="_blank" >RIV/46747885:24620/17:00004597 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Studium proudění a vzduchové vrstvy v blízkosti hydrofobního povrchu

Original language description

Metody pro určení statické interakce mezi kapalinou a povrchem, tj. určení mezifázového rozhraní, jsou založeny na optickém principu vizualizace přisedlé kapky na povrchu. Hydrofobním povrchem v současné době označujeme povrchy se statickým kontaktním úhlem nad 90°. Vhodnou modifikací povrchu lze zvýšit kontaktní úhel až 120°, nejlepší materiály a úpravy mají až 160°. Zde je třeba si uvědomit, že tyto hodnoty jsou měřeny při statických podmínkách a nevypovídají nic o tom, jak se taková interakce změní na dynamickou. Nejjednodušším příkladem může být pohyb kapky po nakloněné rovině. [1, 2] Z výsledků vizualizací můžeme získat informaci o rychlosti a zrychlení pohybující se kapky, o jejím tvaru, případně měnícím se kontaktním úhlu. Jedná se však stále o situaci, při které se neprojeví přímý vztah mezi kapalinou a povrchem, protože kapky jsou obklopeny velkým množstvím vzduchu. Teprve při plném smočení hydrofobního povrchu kapalinou se vyvine vzduchová vrstva. Zárodky vzduchové vrstvy lze pozorovat již na površích s kontaktním úhlem kolem 100°. Objeví se ve formě bublinek. S rostoucí hodnotou kontaktního úhlu se bublinky spojují do větších celků, až vznikne jednotná celistvá vrstva vzduchu. Z tohoto pozorování však vyvstává otázka: Jak je vzduchová vrstva odolná vůči proudící kapalině? Zpětnou reakcí mohou být pulsace, změna tloušťky a charakteru proudění nad povrchem. První teorii hydrofobního efektu založené na popisu molekulárních interakcí vyjádřil Frank v roce 1945. [2] Od této doby se mnoho autorů zabývalo studiem přitažlivostí mezi polárními a nepolárním molekulami, jejímž důsledkem je právě hydrofobní chování projevující se adhezí pevných materiálů, či shlukováním částic v kapalinách. [3, 4] První zamyšlení ohledně dynamických interakcí kapalin s hydrofobními povrchy přinesl článek E. Lauga (2006), který schematicky vysvětlil možnosti těchto interakcí v hydrofobně upraveném kanálku. Na těchto schématech vysvětlil problematiku prokluzu a nenulovou okrajovou podmínku rychlosti právě pro hydrofobní povrchy. [5] Díky tomuto článku byla teoreticky načrtnuta cesta, jak by mělo vypadat experimentální potvrzení, a to s využitím optických měřicích metod. Současně zde bylo definováno, že interakci kapalin s hydrofobními povrchy je třeba studovat jak v makroskopickém, tak mikroskopickém měřítku. Obě tyto oblasti mohou přinést odlišné výsledky, což se také experimentálně potvrzuje.

Czech name

Studium proudění a vzduchové vrstvy v blízkosti hydrofobního povrchu

Czech description

Metody pro určení statické interakce mezi kapalinou a povrchem, tj. určení mezifázového rozhraní, jsou založeny na optickém principu vizualizace přisedlé kapky na povrchu. Hydrofobním povrchem v současné době označujeme povrchy se statickým kontaktním úhlem nad 90°. Vhodnou modifikací povrchu lze zvýšit kontaktní úhel až 120°, nejlepší materiály a úpravy mají až 160°. Zde je třeba si uvědomit, že tyto hodnoty jsou měřeny při statických podmínkách a nevypovídají nic o tom, jak se taková interakce změní na dynamickou. Nejjednodušším příkladem může být pohyb kapky po nakloněné rovině. [1, 2] Z výsledků vizualizací můžeme získat informaci o rychlosti a zrychlení pohybující se kapky, o jejím tvaru, případně měnícím se kontaktním úhlu. Jedná se však stále o situaci, při které se neprojeví přímý vztah mezi kapalinou a povrchem, protože kapky jsou obklopeny velkým množstvím vzduchu. Teprve při plném smočení hydrofobního povrchu kapalinou se vyvine vzduchová vrstva. Zárodky vzduchové vrstvy lze pozorovat již na površích s kontaktním úhlem kolem 100°. Objeví se ve formě bublinek. S rostoucí hodnotou kontaktního úhlu se bublinky spojují do větších celků, až vznikne jednotná celistvá vrstva vzduchu. Z tohoto pozorování však vyvstává otázka: Jak je vzduchová vrstva odolná vůči proudící kapalině? Zpětnou reakcí mohou být pulsace, změna tloušťky a charakteru proudění nad povrchem. První teorii hydrofobního efektu založené na popisu molekulárních interakcí vyjádřil Frank v roce 1945. [2] Od této doby se mnoho autorů zabývalo studiem přitažlivostí mezi polárními a nepolárním molekulami, jejímž důsledkem je právě hydrofobní chování projevující se adhezí pevných materiálů, či shlukováním částic v kapalinách. [3, 4] První zamyšlení ohledně dynamických interakcí kapalin s hydrofobními povrchy přinesl článek E. Lauga (2006), který schematicky vysvětlil možnosti těchto interakcí v hydrofobně upraveném kanálku. Na těchto schématech vysvětlil problematiku prokluzu a nenulovou okrajovou podmínku rychlosti právě pro hydrofobní povrchy. [5] Díky tomuto článku byla teoreticky načrtnuta cesta, jak by mělo vypadat experimentální potvrzení, a to s využitím optických měřicích metod. Současně zde bylo definováno, že interakci kapalin s hydrofobními povrchy je třeba studovat jak v makroskopickém, tak mikroskopickém měřítku. Obě tyto oblasti mohou přinést odlišné výsledky, což se také experimentálně potvrzuje.

Type

O - Miscellaneous

CEP classification

—

OECD FORD branch

10305 - Fluids and plasma physics (including surface physics)

Project

<a href="/en/project/LO1201" target="_blank" >LO1201: DEVELOPMENT OF THE INSTITUTE FOR NANOMATERIALS, ADVANCED TECHNOLOGIES AND INNOVATION</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2017

Confidentiality

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů