Havacılık sanayi için buzlanma ve karlanma önemlidir. Özellikle kanatlarda biriken su damlacıklarının donması, kalkışta hava akımını engellediğinden tehlike yaratabilir. İşte bu nedenle kanatlarda buz çözme prosedürü uygulanır. Fakat ETH Zürih’den bilim insanlarının Nature dergisinde yayınlandıkları bir çalışmada , geliştirilen yeni materyaller sayesinde su damlacıkların aynı trambolinde zıplayan cisimler gibi gittikçe yukarı zıplayabileceğini gösterdiler.
Gizemli Kuvvetler
ETH profesörü Dimos Poulikakos ve Termodinamik Laboratuvarı’ndan arkadaşları, su damlacıklarını özel işlemden geçmiş silikon bir yüzeye koyarak, sürekli hava basıncının düşmesiyle gerçekleşen davranışını gözlemlediler. Başlangıçta damla yüzeyde hareketsiz dururken, atmosfer basıncı 20 kat düşürüldüğünde zıplamaya başladı. Damla küçük bir sıçramadan sonra, yüzey sert olmasına rağmen daha da yükseğe sıçramaya başladı. Aynı bir atletin trambolinde zıplamasında benzer şekilde gittikçe daha da yukarı zıpladı.
Uzmanlar fizik kanunlarının ihlaline benzeyen bu durumu, damlacık bu sert yüzeyde sürekli bir hareket enerjisi kazandığından inceledi.
Roket Yakıtlı Damlacık
Araştırmacılar ,damlalardaki bu itiş kuvvetini anlamak için termal görüntüleme ile damlanın içindeki ısı dağılımını inceledi. ETH’da bilim insanları geçtiğimiz yıllarda su damlacıklarındaki bu gizemin, suyun buharlaşması ve materyali yüzeyi nedeniyle trambolin fenomenine neden olduğunu bulmuştu. İşte damlacık ve yüzey üzerindeki bu aşırı basınç , buharlaşmaya neden olarak , damlanın yukarı doğru yay gibi zıplamasına neden oluyor.
Su damlası sıfırın altında sıcaklıklara soğutulduğunda, buharlaşmadan kaynaklı yeniden ısınma (recalescence) gerçekleşiyor. Bu etki kızgın ütünün soğurken aniden kısa süreliğine kızmasına neden oluyor.
Bunun nedeni ise demirin içindeki saklı kalan bir ısının salınarak bir parça demiri katılaştırmasından kaynaklanıyor . İşte su damlasında da benzeri bir etki görülüyor. Damlanın yüzeyi buz kristalleri halinde soğurken, içinde su buharı oluşuyor. Sıvıdan katı çok hızlı bir faz geçişi yaşanıyor. “Bu ısınma birkaç milisaniye içinde oluyor ve buharlaşma patlayıcı bir yükselme sağlıyor,” diyor Schutzius. Damla tekrar bir soğuyarak kendini tekrar eden bir döngüye giriyor. Bu patlayıcı buharlaşma damla ile yüzey arasında yüksek basınç yaratıyor ve damlacığın roket gibi yükselmesine neden oluyor.
Akıllı yüzey tasarımı
Materyalin esas özelliği yüzeyden kaynaklanıyor. Yüzey damlanın yüzeye yapışacağı kadar sert olmalı ama diğer taraftan da su buharının kolayca gözeneklere ve çatlaklara kaçamayacağı kadar sert olmamalı.İşte bu nedenle araştırmacılar bu gereksinimleri sağlamak için , çok ince kolonlardan oluşan (5 mikrometre çapında) mikro silikon yüzeyler üretti.
Araştırmacılar alüminyum ve karbon yüzeylerde de su ve buz iticiliğini incelediler. Trambolin mekanizması gerçek dünya uygulamalarında çok daha yararlı olabilir. Bu sayede buz ve su tutmayan yollar ve buzlanmayan uçak kanatları yapılabilir.
Kaynak : http://www.sciencedaily.com/releases/2015/11/151104133224.htm
- Thomas M. Schutzius, Stefan Jung, Tanmoy Maitra, Gustav Graeber, Moritz Köhme, Dimos Poulikakos. Spontaneous droplet trampolining on rigid superhydrophobic surfaces. Nature, 2015; 527 (7576): 82 DOI:10.1038/nature15738
