Uutiset

Nyt tämäkin on tutkittu: Suomalaistutkija ratkaisi, miten vesipisaran valumisen voi ennustaa

Mikä aiheuttaa vesipisaroiden pysymisen kaltevalla tai tuulelle alttiilla pinnalla? Tämä on ollut viime vuosina yksi maailman tutkituimpia tieteellisiä kysymyksiä. Nyt vastauksen on löytänyt Teknologian tutkimuskeskus VTT:n johtava tutkija Lasse Makkonen. Hänen kehittämänsä uuden teoreettisen mallin avulla pisaroiden valuminen erilaisilta pinnoilta voidaan ennustaa.

Pisaroiden käyttäytyminen eri pinnoilla vaikuttaa esimerkiksi vaatteiden vedenpitävyyteen ja auton tuulilasin läpinäkyvyyteen sateessa. Teollisuudessa on erilaisia ruiskutus- ja pinnoitusmenetelmiä, joissa nesteen leviäminen pinnalle on oleellista.

-Pisaroiden valuminen on tiedeongelma, johon vastaamalla voidaan kehittää parempia pintoja. Kysymystä on mietitty jo pari sataa vuotta, Makkonen sanoo.

Aikaisemman teorian ongelma on ollut etenkin Thomas Youngin vuonna 1805 esittämä pisaran tasapainotila, jonka mukaan pienenkin ulkoisen voiman pitäisi saada pinnalla oleva pisara liikkeelle. Näin ei kuitenkaan käytännössä tapahdu edes hyvin sileillä pinnoilla.

Makkonen tulkitsee Youngin yhtälön eri tavalla kuin aiemmin, mikä mahdollistaa uuden teorian.

-Youngin klassikkotulkinta ei selitä ollenkaan sitä, miten pisarat ylipäätään pysyvät jollain pinnalla. Sen mukaan pisaroiden pitäisi lähteä valumaan pois heti, kun pintaa kallistetaan. Asian paikkaamiseksi on keksitty eri selityksiä, mikä pisaraa pitää kaltevallakin pinnalla. Ne selitykset osoitan vähintään aika merkityksettömiksi. Kumoan vanhoja teorioita, tai ainakin esitän ihan toisenlaisen selityksen, Makkonen kertoo.

Makkosen kehittämä teoria mahdollistaa vettähylkivien pintojen kehittämisen niiden materiaalia ja rosoisuutta muokkaamalla. Näin voidaan kehittää esimerkiksi itsepuhdistuvia pintoja sekä parantaa ruiskutukseen perustuvia pinnoitusmenetelmiä.

-Pinnassa voi olla rosoisuutta hyvin pienellä mittakaavalla, nanotasolla asti, ja jos e voi vaikuttaa pisaran valumiseen.

Pisaran muotoa eri pinnoilla mitataan tarkasti esimerkiksi VTT:llä. Pintojen ominaisuuksia voidaan määrittää, kun tunnetaan erilaisten nesteiden leviämistä kiinteillä pinnoilla.

-Tällaista tutkimusta tehdään varmaan sadoissa laboratorioissa, myös VTT:ssä, Makkonen kertoo.

Makkonen on teoreetikko, eli hänen tutkimustyönsä on ollut teoreettista pohdiskelua eikä vesipisaroiden tuijottamista.

-Olen tietenkin verrannut teorioideni ennusteita eri tutkimusryhmien tuloksiin ja kirjallisuuteen. Ei ollut tarvetta lähteä itse tekemään pisaran käyttäytymiskokeita, Makkonen toteaa.

Makkosen teoria on julkaistu lehdissä Journal of Physics: Condensed Matter ja The Journal of Chemical Physics.

Asiasanat

Uusimmat