Нанокаплі води виявилися не проти погрітися
На відміну від макроскопічних крапель води, нанокаплі можуть мимовільно рухатися до джерела тепла, а не від нього. Цей ефект виявили вчені з Індійського технологічного інституту в Харагпурі. Поки дослідники підтвердили ефект тільки на комп'ютерній моделі краплі, що складається з декількох тисяч молекул, однак вони планують продовжувати експерименти на великих масштабах. Вчені вважають, що в майбутньому цей ефект можна буде використовувати для охолодження електроніки, що нагрівається. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє видання New Scientist.
Ефект Марангоні полягає в тому, що при наявності градієнта поверхневого натягнення рідина мимоволі рухається в бік області з великим коефіцієнтом поверхневого натягнення. Цей ефект може виникати в різних умовах, наприклад якщо рідина являє собою суміш з двох речовин з різним поверхневим натягненням. Оскільки поверхневе натягнення залежить не тільки від природи рідини, цей ефект можна спостерігати і через інші причини. Наприклад, при нагріванні поверхневе натягнення рідини падає, тому зазвичай рідина при цьому рухається в більш холодну сторону.
Індійські вчені виявили, що за певних умов в одній і тій же рідині може спостерігатися протилежний ефект. Для дослідження вони використовували не справжні краплі води, а комп'ютерну модель. Краплю, що складається з двох з половиною тисяч молекул води помістили на невелику гідрофобну підкладку розміром приблизно 24 1916 16 нанометрів. Також дослідники симулювали температурний градієнт уздовж підкладки.
Виявилося, що в деяких випадках крапля поводиться неординарно - рухається з області з меншою температурою в область з більшою. Вчені запропонували цьому пояснення. Справа в тому, що при нагріванні частина молекул випаровується з краплі, причому рівень випаровування вище в більш нагрітій області. Відповідно, в більш гарячій частині краплі знижується концентрація молекул води, і молекули з холодної частини компенсують це і спрямовуються в бік меншої концентрації. Через локалізоване охолодження поверхневе натягнення в місці контакті рідини з поверхнею зростає, що змушує краплю рухатися у напрямку до розігрітої області.
Вчені визнають, що вони симулювали вкрай маленькі краплі, а також вкрай великі температурні градієнти. Надалі вони планують симулювати великі краплі, щоб зрозуміти, до яких масштабів зберігається ефект. Дослідники вважають, що в майбутньому такий ефект дозволить ефективно охолоджувати мікрочіпи і мікроелектронні пристрої, причому краплі будуть самі переміщатися в область нагріву, а потім випаровуватися.
На початку року інженери з Intel і Університету Дьюка також запропонували охолоджувати процесори за допомогою крапель, але іншим чином - за допомогою злиття і підстрибування крапель води. А фізики з Індії та Канади за допомогою моделювання відкрили інший незвичайний ефект - вони змусили краплі підніматися вгору сходами, а не скочуватися з них.