Lubrikant zraka pretvara savršenu grubu površinu u abnormalno glatku površinu • Alexander Sergeev • Znanstvena vijest o "Elementima" • Fizika

Lubrikant zraka pretvara savršenu hrapavu površinu u abnormalno glatku površinu

Elektronski mikrograf površinske strukture stvoren na UCLA (fotografija iz www.aip.org)

Kalifornijsko sveučilište u Los Angelesu (UCLA) razvilo je površinu koja pruža vrlo nisku otpornost na tekućinu koja teče kroz nju. Istina, teško je vjerovati u njega, gledajući površinu olakšanja, nalik na rubove fantastičnih stjenovitih planina.

Sam po sebi, načelo koje je temelj dizajna nije u osnovi novo. Sastoji se od činjenice da je čak i najluksuznija polirana površina znatno slabija kvalitete u sučelju za zrak-voda. Zbog toga je tanki zračni raspor na čvrstu površinu najbolji mogući podmazivač. Svatko tko igra stolni hokej, u kojem plastičasti čep klizi na tablici zračnog jastuka, slaže se s tim.

Za okruženje čvrste površine uronjene u vodu s omotnicom zraka, programeri su ga učinili hidrofobnim, odnosno vodootpornim i podvrgnuti posebnom tretmanu, stvarajući tako veliki broj mikroskopskih oštrih izbočina. Ipak, voda je prisiljena čvrsto prianjati na ravnu hidrofobnu površinu, ali da propušta u uske kvrge između grebena i tjera zrak od tamo, čak i pod pritiskom.

Kao rezultat toga, između vrhova izbočina na površini ostaje tanki zračni raspor koji značajno smanjuje viskoznu trenju na granici. Ako se na takvu površinu izlije voda, voda se ponaša kao da visi iznad ove površine u zraku. I teče kao da čvrsta površina (na kojoj se stopa protoka tekućine okreće na nulu) nešto je niža nego što zapravo jest. Unutar uske kapilarne cijevi sa sličnim "zračnim podmazivanjem", brzina distribucije tekućine je takva da je širina kanala znatno veća od stvarnog.

Kvaliteta zračnog podmazivanja karakterizira veličina djelotvorne udaljenosti površine (duljina sklizanja). Uobičajeno, tekući sloj neposredno uz čvrstu površinu ostaje nepomičan, a što dalje, brže se pomiču slojevi tekućine. No, kada se koristi zračno podmazivanje na sučelju zraka i vode, brzina strujanja nije nula. Postavljanjem vektora brzine protoka na različitim udaljenostima od ove granice i mentalno nastavljanjem ove konstrukcije moguće je približno odrediti dubinu ispod površine gdje brzina protoka okreće na nulu.U tankom kapilarnom s podmazivanjem, raspodjela brzina će biti kao da je njegov radijus veći od ove vrijednosti (Slika od stranice www.aip.org)

To je veličina ovog učinkovitog širenja kanala (duljina presjeka na slici) koja se koristi za karakteriziranje kvalitete lubrikanta kao takve, bez obzira na određeni kapilarni u kojem se koristi. Za površinu stvorenu na Kalifornijskom sveučilištu u Los Angelesu zidovi kanala čini se da se smanjuju za 20 mikrona – to je najveća vrijednost koja je danas postignuta. Ako je promjer kanala s takvom površinom 1 mm, viskozna trenja u njemu će biti oko 11% niža nego u kanalu s ravnim hidrofilnim zidovima. U kanalu s poprečnim presjekom od 0,1 mm, trenje je već više nego prepolovljeno, a u kapilarnom promjera 10 mikrona otpornost na protok tekućine se smanjuje redoslijedom veličine. A ako se umjesto vode koristi 30% -tna otopina glicerina, širenje kanala iznosi 2,5 puta više.

Površine s izrazito niskom viskoznom trenju mogu naći mnoge primjene u tehnici, kada je potrebno smanjiti napore da pumpe velike količine tekućine kroz tanke kapilare, na primjer u sustavima tekućeg hlađenja.Izvješće na web stranici Američkog instituta za fiziku (AIP) također spominje mogućnost korištenja takvog premaza kako bi se smanjila otpornost na kretanje torpeda i podmornica, ali ova ideja izgleda malo sumnjivo, jer u ovom slučaju širina kanala ima tendenciju beskonačnosti i učinak uporabe nano-obloga treba biti blizu na nulu.

Alexander Sergeev

Izvor: Chang-Hwan Choi, Chang-Jin Kim. Tekuća prevlaka nad Nanoengineered superhidrofobnom površinom Phys. Rev. Leti. 96, 16.02.2006.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: