Chinese natuurkundigen zijn erin geslaagd om druppels in spiraalvorm te laten terugkaatsen. Als een druppel op een oppervlak valt en weer omhoog stuitert, gebeurt dat normaal gesproken in een rechte lijn. De wetenschappers hebben het voor elkaar gekregen om deze rechtlijnige beweging te veranderen in een roterende.

De onderzoekers bewerkten een aluminium plaat, met een sterk waterafstotend oppervlak als resultaat. Hierop werd een chemisch patroon getekend, met behulp van een spiraalsjabloon en uv-licht. De spiralen die daardoor ontstaan trekken het water juist aan. Hierdoor blijft een waterdruppel kleven aan de spiraallijnen, maar wordt hij tegelijkertijd teruggekaatst door de rest van de plaat.

Onverklaarbaar kattengat
LEES OOK
Onverklaarbaar kattengat

Als gevolg daarvan krijgt de druppel de vorm van een molentje, waardoor hij gaat rondtollen. Het aantal ‘wieken’ van het molentje is gelijk aan het aantal lijnen waarmee de spiraal op het oppervlak is getekend. De onderzoekers experimenteerden met verschillende patroontjes, van verschillende formaten. Een topsnelheid van 7300 omwentelingen per minuut werd bereikt bij een spiraaldiameter van 3,5 millimeter. De wetenschappers van de Chinese Academie van Wetenschappen en de Tsinghua-universiteit in Peking publiceerden hun experiment in Nature Communications.

Stuiteren of spatten

Een druppel die een oppervlak raakt, kan stuiteren of uit elkaar spatten. Welke van de twee het wordt, hangt af van de structuur en de chemische eigenschappen van het oppervlak. Het gedrag van een waterdruppel is lastig aan te sturen, omdat druppels in vele soorten en maten voorkomen. Ook raakt een druppel het oppervlak maar heel kort, voordat hij stuitert of uiteenspat.

Het kunnen sturen van druppels is relevant bij het maken van zeer nauwkeurige inkjetprinters, waarbij vloeibare inkt op een vast oppervlak terechtkomt. Ook bij het ontwikkelen van vliegtuigen waarop geen ijsvorming kan ontstaan of zelfreinigende kleding kan het beïnvloeden van druppelgedrag een uitkomst zijn. Een toepassing voor de tollende druppels is er echter nog niet.

Energie-effect

Volgens de onderzoekers biedt de techniek mogelijkheden voor het opwekken van energie. Tijdens hun experiment brachten de wetenschappers een kleine hoeveelheid zeer dun, licht materiaal in beweging door een draaiende druppel. De rotatie van de druppel genereert energie die het oppervlak waarvandaan hij wegstuitert in tegengestelde richting laat draaien. Ze gebruikten hiervoor een vlokje materiaal dat twintig keer zo zwaar was als de druppel zelf, wat een groot effect lijkt te zijn. Maar doordat het om zulke kleine hoeveelheden gaat, is wat betreft stroomvoorziening deze methode wellicht een druppel op een gloeiende plaat.

New Scientist Nr. 58
Ons dossier over water gemist? Bestel de septembereditie van New Scientist hier na.