Samočisticí sklo z lotosového listu nebo motýlích křídel  
Lotos je známý tím, že jeho listy odpuzují vodu a to tak dobře, že si z něj berou příklad i výrobci moderních materiálů. Poslední výzkumy ale ukázaly, že lotos umí vodu na svém povrchu i udržet. Dočkáme se nezašpinitelných či samočistitelných skel nebo to znamená, že peníze vložené do výzkumu těchto materiálů byly promarněny? Vyřeší snad tento problém křídla motýlí?

 

Silně hydrofobní povrch lotosového listu je tvořen mnoha hrbolky, které jsou navíc samy chlupaté. (Credit: W Barthlott)

Nedávno jste si na Oslovi mohli přečíst článek to tom, že se hrbolaté sklo se bude čistit samo.
Tuto výbornou vlastnost získá tak, že se na jeho povrchu při výrobě vytvoří hrbolky inspirované právě listem lotosu.

Bohužel se při nedávném výzkumu ukázalo, že za určitých podmínek se kapky po lotosovém listu nekutálí tak snadno, jak se dříve myslelo – zůstávají "trčet" na místě. Tudíž jeho povrch není tak nesmáčivý, jak by se nám líbilo.

 



Co je to (ne)smáčivost

Jednoduše řečeno je to poměr daný tím, kolik z povrchu kapky je přímo v kontaktu s rovnou plochou, na které se nachází. Závisí na povrchovém napětí v kapalině, ale také na tvaru mikronerovností povrchu. Obvykle se setkáme s vyjádřením smáčivosti pomocí úhlu smáčení. Jak je zřejmé z obrázků, čím je úhel smáčení menší, tím méně je kapalina v kontaktu se svým podkladem. Smáčivost se neuplatňuje pouze v tak obyčejných situacích jako je mytí nádobí nebo oken, ale mimo jiné ovlivňuje krystalizaci pevných látek.

kapka vody s malým úhlem smáčení. velký úhel smáčení



 

Kapka vody na listu lotosu odnáší špínu s sebou.

Nesmáčivost na uměle vytvořených površích je dobrá k tomu, aby se na nich neusazovaly kapalné nečistoty a aby bylo možné pevné nečistoty snadno "odplavit".

Když je nějaký povrch hydrofobní, kapky tekutiny se po něm snadno kutálejí a nabalují na sebe veškerou špínu místo toho, aby ji míjely.

 



Jak je to s lotosem doopravdy

Zvětšit obrázek
Kapka vody, která nečekaně pevně drží na listu lotosu. (Credit: Y-T Cheng)

Na začátku jsem naznačil, že by lotos nemusel být tím ideálním vzorem pro dokonale nesmáčivý povrch. Proč? Vědci na lotosové listy kapali kapky asi 1 mm velké, ty se po nich krásně kutálely – nesmáčely je.
Nedávno vyzkoušeli list lotosu vystavit páře. Ta na něm bez problémů kondenzovala a dokonce větší kapka vytvořená kondenzací na listu pevně držela – nesmáčela ho.
To bylo překvapení – lotosový list chovající se téměř hydrofilně.
Je to tím, velikost mikrovýstupků na lotosu je oproti miniaturním kapkám vody v páře velká, a nemůže tak ovlivnit smáčivost, jelikož nesmáčivý efekt na lotosu je vyvolán tím, že velká kapka vody se kutálí po vrcholcích výstupků na listu a nedotýká se přímo povrchu samotného.
Malé kapičky tak tohoto efektu využít nemohou. Poté se můžeme dočkat vzniku kapky takové, jakou je možné vidět na obrázku.





Motýli jsou lepší než lotos

Detail šupinek na křídlech motýlů (Credit: Cong Qian a kol.).

Motýl potřebuje mít svá křídla nesmáčivá ještě víc, než lotos své listy. Lotos s navlhlým listem může stále bez problémů "trůnit" na hladině, ale motýl s mokrými křídly je v lepším případě odsouzen k posedávání na stéblu trávy. Proto motýli mají ještě zajímavější povrch svých křídel než jsou hrbolky lotosových listů. Jejich křídla jsou pokryta drobnými šupinkami. Čínští vědci měřili smáčivost povrchu motýlích křídel (PDF 1,2 MB) a zjistili velmi malé úhly smáčení. Kapka vody na křídlech jednoho z pokusných motýlů Polygniac-aureum má úhel smáčivosti pouhých 27°. Bohužel vědci z Číny zkoušeli nesmáčivost pouze pomocí velkých kapek. Ale vzhledem k tomu, že po spadnutí ranní rosy se motýli suší na sluníčku a s přihlédnutím k výše uvedeným důvodům "hydrofilie" lotosového listu, budou motýlí křídla trpět podobnými problémy s kondenzací páry jako lotosové listy.



Jak to může dopadnout v praxi

Pokud byste s autem vybaveným čelním sklem s "lotosovým povrchem" vjeli do mlhy, mohli byste se dočkat toho, že by se vám na skle usadily kapky, které by šly těžko úplně setřít. Na skle by se tak mohla vytvořit "mapa" vody a sucha, přes kterou by asi příliš dobře vidět nebylo. Pomohlo by sklo s povrchem z "křídel motýlích"? Nejspíš ne a to odhlížím od toho, že napodobit povrch motýlích křídel by bylo mnohem obtížnější než lotosového listu. Z těchto důvodů předpokládám, že naše auta těmito skly v nejbližší době vybavena nebudou, ale v méně náročných aplikacích by kondenzace páry na těchto površích problémy dělat neměla. Už se těším, že budu mít doma okna, která nebudu muset nikdy mýt.



Stránky, na kterých naleznete detailnější informace:

Autor Martin Šrubař píše weblog o vědě a technice Techblog.





Autor:
Datum: 13.04.2005 07:14
Tisk článku


Diskuze:

cimrman

jarin,2005-07-07 18:43:44

Jak by řekl Cimrman "Já osobně bych do takového výzkumu neinvestoval" :o)

Odpovědět

Samočistící skla

Honza,2005-05-05 10:31:36

Samočistící skla jsou již běžně k dostání. Koukněte na http://www.activglass.com/index_eng.htm Mají zastoupení i u nás. Nechcete mýt okna? Nebádejte a jděte nakupovat.

Odpovědět

Děkuji za doplnění

Martin Šrubař,2005-04-13 19:54:20

Tinny, Jardo, děkuji vám za doplnění.

Hydrofilní povrchy a ty povlakované oxidem titaničitým jsou dobrým námětem na další článek.

Odpovědět

to mi připomíná...

Tinny,2005-04-13 12:17:24

to mi připomnělo školní fyzikální pokusy... nalila se voda do skleněného válce a do válce z nějaké umnělé hmoty.. ve skle se okraj vody vytáhl nahoru (hladina tvořila misku), v plastovém válci zůstala hladina úplně rovná; A kyž se do skla nalila rtuť, tak okraj hladiny dotýkající se skla byl ohnut dolů, hladina tvořila kopeček (i když kousek od okraje už byla rovná, šlo o širší nádoby);
Je to taky o smáčení a nesmáčení, povrchovém napětí a taky kapilaritě... tak, snad to s článkem souviselo .o)

Odpovědět

superhydrofobni vs. supehydrofilni

Jarda,2005-04-13 11:12:32

Existuje i presne opacny extrem principu samocisticiho skla a to sklo s ultrasmacivym povrchem. Pokud se sklo potahne vrstvickou fotokalytickeho TiO2, vysledkem je, ze pri osvetleni UV zarenim (staci bezne rozptylene svetlo) se na ni rozkladaji organicke necistoty a pri naslednem omyti (treba destem) skla se kapky vody "rozliji" do siroke plochy a jednoduse splachnou nashromazdene necistoty.

Dalsi, co nebylo v clanku zmineno, je moznost dosahnou vysoke nesmacivosti potazenim skla vrstvickou napriklad teflonu (resp. fluorouhlikoveho polymeru), aniz by bylo potreba vyrabet "lotosove" hrbolky.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace