Uusi menetelmä antaa ennätystarkan kuvan vettähylkivistä pinnoista
Tekniikka on tuhat kertaa tarkempi kuin parhaat nykyiset kastumisominaisuuksien mittaamiseen käytetyt menetelmät.
Kun vesi joutuu kosketuksiin superhydrofobisen eli erittäin vettähylkivän pinnan kanssa, se muodostaa pallomaisia pisaroita, jotka pyörivät helposti pois pinnalta. Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet mullistavan Scanning Droplet Adhesion Microscopy (SDAM) -mittaustekniikan, jolla voidaan tutkia entistä tarkemmin superhydrofobisten materiaalien kastumisominaisuuksia eli sitä, miten neste leviää ja käyttäytyy tietyllä pinnalla.
”Uuden mikroskooppimme ansiosta ymmärrämme paremmin, miten pinnan mikrorakenteet vaikuttavat kastumiseen. Mittausinstrumentti pystyy havaitsemaan pintojen mikroskooppisia virheitä, jotka ilmenevät pieninä vaihteluina kastumisominaisuuksissa. Tämä on erittäin tärkeää itsepuhdistuvien sekä jäätymistä, huurtumista, korroosiota ja biologisen aineksen kertymistä estävien tuotteiden kehittämisessä, sillä niissä pienetkin viat voivat haitata koko pinnan toimintaa”, Aalto-yliopiston professori Robin Ras ٳää.
Erittäin herkkä SDAM-tekniikka on tuhat kertaa tarkempi kuin parhaat nykyiset kastumisominaisuuksien mittaamiseen käytetyt menetelmät. Ne pystyvät mittaamaan pisaroiden tarttumisvoimia mikronewtonin tarkkuudella, mikä ei riitä superhydrofobisten pintojen tutkimuksessa. SDAM-tekniikalla pystytään myös mittaamaan pintojen mikroskooppisia ominaisuuksia ja epätasaisuuksia.
”Selvitimme pinnan vedenhylkivyyttä vesipisaroiden avulla niin, että mittasimme erittäin pieniä, nanonewtonien suuruisia, voimia pisaran koskettaessa pintaa ja irrotessa siltä. Teimme mittauksia näytepinnoilla millimetrin sadasosan välein, ja pystyimme näin laatimaan pinnan vedenhylkivyydestä kaksiulotteisen kuvan – tavallaan kartan sen kastumisominaisuuksista”, Aalto-yliopiston professori Quan Zhou ٳää.
Tähän mennessä pintojen kastumisominaisuuksien tutkimisessa on käytetty kontaktikulman, eli vedenpinnan ja kiinteän pinnan kosketuskulman, mittaamista. Menetelmä on kuitenkin altis epätarkkuuksille erittäin vettähylkivillä pinnoilla. SDAM:n etu on myös se, että toisin kuin kontaktikulman mittaaminen, se ei edellytä suoraa näköyhteyttä pisaran ja pinnan rajapinnalle, joten sillä voidaan mitata tekstiilien tai biologisten pintojen kaltaisia epätasaisia pintoja. SDAM-menetelmällä pystytään lisäksi tutkimaan pienten biosirujen, kemiallisten antureiden ja mikrosähkömekaanisten komponenttien ja järjestelmien mikroskooppisten toiminnallisten alueiden kastumista, mitä on vaikea tutkia perinteisillä menetelmillä.
Tutkimukseen osallistuivat tutkijat Ville Liimatainen, Maja Vuckovac, Ville Jokinen, Veikko Sariola, Matti Hokkanen, Quan Zhou ja Robin Ras.
äپٴDz:
Artikkeli:
Robin Ras
Professori
Aalto-yliopisto
robin.ras@aalto.fi
p. 050 432 6633
physics.aalto.fi/smw
Quan Zhou
Professori
Aalto-yliopisto
quan.zhou@aalto.fi
p. 040 855 0311
Artikkeli on julkaistu tänään Nature Communications -lehdessä.
Liimatainen V., Vuckovac M., Jokinen V., Sariola V., Hokkanen M., Zhou Q., Ras R.H.A., Mapping microscale wetting variations on biological and synthetic water-repellent surfaces, Nature Communications (2017) 1798.
Lue lisää uutisia
Suomalaisia puupohjaisia innovaatioita esillä Lontoossa
Näyttely esittelee suomalaisia biotalouden ratkaisuja niin teollisuuden kuin kuluttajan arkeen. Origamipohjaiset FOLD-materiaalit tarjoavat kestävämpiä ratkaisuja pakkausten ohella myös moneen muuhun käyttötarkoitukseen.
Aalto-yliopiston taide ja muotoilu on maailman yhdeksänneksi paras
Kaikkiaan viisi Aallon alaa ylsi sadan parhaan joukkoon arvostetussa QS-vertailussa.
Startupit menestyvät vastatuulessakin – Aalto Startup Centerin nopean kasvun yritysten liikevaihto kasvoi 355 prosenttia kolmessa vuodessa
Aalto Startup Centeristä ponnistaneet kasvuyritykset jatkavat vahvaa kasvua haastavasta taloustilanteesta huolimatta. Nopeimmin kasvaneiden yritysten yhteenlaskettu liikevaihto nousi 56,95 miljoonaan euroon vuonna 2024.