Теперь команда исследователей из Массачусетского технологического института экспериментально изучила заманивание в ловушку воздуха в волосатых поверхностях и водоотталкивающих свойствах ненепрочных волосатых структур, который является ключевым для теплового регулирования животных. Результаты могут также внушить дизайну нового текстиля с продвинутыми особенностями водного репеллента.
Исследователи представят исследование на 68-м Годовом собрании Подразделения американским Физическим Обществом Гидрогазодинамики, удерживаясь 22-24 ноября 2015 в Бостоне, Массачусетс.«Мы нашли, что геометрические свойства (такие как длина волос и интервал волос) волосатых поверхностей играют значительную роль в водоотталкивающих свойствах поверхности», сказала Элис Нэсто, основной исследователь и докторант Машиностроения в MIT. «Более плотное и дольше волосы, сушилка или более водоотталкивающее, которое волосатая поверхность. Так как теплопроводность воздуха намного меньше, чем та из воды, заманивая слой в ловушку воздуха в волосатых поверхностях уменьшает тепловую проводимость, которая сохраняет животных теплыми в холодной воде», сказал Нэсто.
Самая более ранняя исследовательская работа по поверхностям водного репеллента была сосредоточена на нано – и материалы микромасштаба. Теперь впервые команда продемонстрировала, что материалы более широкого масштаба (в масштабе миллиметров или сантиметров), таких как мех, могут произвести подобные свойства водного репеллента. Такие материалы, вероятно, будут менее сложными, чтобы изготовить в больших количествах, чем их коллеги меньшего масштаба.«Мы надеемся, что наше исследование могло сообщить техническим достижениям и внушить дизайну нового текстиля с продвинутыми особенностями водного репеллента, такими как новые гидрокостюмы, в которых пребывание теплого и сухого главное», отметил Нэсто.
Используя комбинацию образцовых экспериментов и теории, команда Нэсто исследовала и объяснила динамику волосатого поверхностного воздушного захвата. В образцовом эксперименте исследователи изготовили волосатые поверхности, используя формы сокращения лазера, чтобы бросить образцы с мягкой силиконовой резиной под названием Polydimethylsiloxane (PDMS). Чтобы учиться, как вода взаимодействует с волосатыми поверхностями под потоком, исследователи погрузили образцы в ванну жидкости, используя моторизованный этап, аппарат, способный к погружению образцов в жидкости на точной скорости.Согласно Nasto, когда волосатая поверхность погружена в жидкость, жидкость проникает между волосами из-за гидростатического давления, которое является результатом веса жидкости выше волосатой поверхности.
Этому проникновению сопротивляется вязкое сопротивление потоку, который задерживает истощение воздушного слоя.Чтобы исследовать, как свойства волос (такие как длина волос и интервал волос) затрагивают wettability поверхности, исследователи экспериментировали с различными параметрами включая длину волос, интервал волос, жидкую вязкость и погружение скоростей, находя, что геометрия волосатой поверхности играет значительную роль. В частности, чем более плотный множество волос, тем более водный репеллент поверхность.
Команда также нашла, что волосатая структура определяет намного большее количество воздуха, чем то из классического покрытия падения, названного покрытием Ландау-Левича, таким образом создавая «увеличенную версию» покрытия падения. Однако в отличие от классика Ландау-Левича, доминирующий баланс в заказах длины, относящейся к водной шерсти животных, между вязкими усилиями и гидростатическим давлением. «Мы надеемся, что эти результаты могли также потенциально сообщить достижениям в технологии покрытия», сказал Нэсто.
Модель команды успешно предсказала динамические свойства ненепрочных волосатых структур. Однако, так как мех или перья многих животных в реальном мире относительно длинны и непрочны, следующий шаг исследователей должен изучить гибкие похожие на волосы особенности.«Гибкость волос могла бы позволить, чтобы воздух был пойман в ловушку вне критической глубины? Как делает эту ‘герметизирующую глубину’, зависят от плотности, геометрии и гибкости волос?
Они все остаются вопросами для следующих шагов нашего исследования», сказал Нэсто.