Новое явление — самоподдерживающуюся длительную левитацию (парение в воздухе) миллиметровых капель над жидкой поверхностью, описали в статье для зарубежного научного журнала исследователи лаборатории фотоники и микрофлюидики X-BIO Тюменского государственного университета (ТюмГУ), 21 августа сообщает пресс-служба вуза.

Заведующая лабораторией, кандидат физико-математических наук Наталья Иванова и м. н. с., к. ф.-м. н. Денис Клюев, экспериментируя с подбором несмешивающихся жидкостей, обнаружили, что капля бутилового спирта, сорвавшись с кончика иглы шприца, не падает в резервуар с силиконовым маслом, а устойчиво парит над его поверхностью в течение длительного времени.

Результаты исследования, выполненного в рамках проекта «Природовдохновленные оптические технологии» в Центре природовдохновленного инжиниринга ТюмГУ, ученые представили в статье «Самоподдерживающаяся левитация капель над поверхностью жидкости», опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

В статье авторы сообщают об экспериментах с рядом жидкостей, которые продемонстрировали возможность без приложения каких-либо внешних сил левитации капель до нескольких миллиметров в диаметре, продолжающейся в течение продолжительного времени.

Хотя само явление некоалесценции (неслияния) капель с нижележащей жидкостью уже давно известно, однако, отмечают исследователи Тюмгу, в обычных условиях левитация капель над жидкостью длится лишь несколько миллисекунд. Им же удалось добиться левитации капель различных жидкостей продолжительностью в несколько десятков минут.

Левитация капель обеспечивается концентрационно-капиллярной конвекцией в слое силиконового масла, которая возникает за счет градиента поверхностного натяжения, возникающего из-за неравномерного распределения молекул, испаряющихся с поверхности капли у поверхности жидкости. Тогда как обычно для поддержания длительной левитации капель (более секунды) необходимо поддерживать избыточное давление в тонком зазоре между каплей и поверхностью жидкости. Добиваются этого, например, создавая или вибрацию в слое жидкости, или воздушные потоки в зазоре под каплей.

Как указывают авторы статьи, «в последнем случае капля может перекатываться над поверхностью жидкости, либо активно испаряться, как, например, в эффекте Лейденфроста. Существуют также методы магнитной или акустической левитации, но все они имеют одну общую черту: мы либо производим внешнюю работу над системой, либо изначально создаем неравновесные условия, так что длительная левитация капли может быть обеспечена только в процессе их существования».

Исследователи отмечают, что в своих дальнейших экспериментах по изучению влияния различных внешних условий на самоподдерживающуюся левитацию капель, которой они смогли добиться, ученые смогут найти возможности использования этого явления в микробиологии и биохимии.

Они полагают, что эффект длительной самоподдерживающейся левитации капель можно будет использовать при разработке научного инструментария для изучения разнообразия и активности микроорганизмов, а также при исследовании тепло- и массообмена в паровой пленке.