Vědci pečlivě sledují kapky pomocí 3D vysokorychlostní kamery

Fabian Krull (vlevo) a profesor Antonyuk zkoumají, jak kapky dopadají na různé povrchy. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Používá se systém 3D vysokorychlostní kamery. (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Kapky se na lotosovém listu odpařují, zatímco na betonové stěně je zvlhčují. Příčinou je jejich povrchová vlastnost. Malé struktury například způsobují, že kapka neulpívá. Tyto efekty zkoumají vědci na Technické univerzitě Kaiserslautern (TUK) pomocí 3D vysokorychlostní kamery. Díky tomu vidí, co se děje, když kapky dopadnou na různé povrchy. Získané poznatky mohou pomoci snížit opotřebení strojů nebo udržovat výrobní zařízení bez nečistot. Na veletrhu procesní techniky Achema ve Frankfurtu představí techniku od 11. do 15. června na výzkumném stánku Porýní-Falc (Hala 9.2, stánek A86a).

Když kapka vody dopadne na lotosový list, jednoduše odskakuje. Tento jev známý jako efekt lotosu spočívá v tom, že povrch listů má malé nerovnosti (výstupky), které nakonec způsobí, že kapky odkapávají. Tyto malé struktury byly objeveny v 70. letech 20. století botanikem Wilhelmem Barthlottem díky skenovacímu elektronovému mikroskopu. Tento princip se dnes například používá na okenních sklech nebo nátěrech na stěnách.

Také na TU Kaiserslautern se vědci z oboru strojírenství a technologií zabývají tímto jevem. Zkoumají, jak se chovají kapky, když narazí na povrchy s různě tvarovanými mikrostruktury, například výstupky, mřížkami nebo trapezoidními tvary. „Jde o struktury, které jsou výrazně menší než například průměr vlasu,“ říká Fabian Krull, který se ve své disertační práci na katedře mechanických technologií u profesora Dr. Sergiye Antonyuka věnuje tomuto tématu. Tyto struktury mají rozměry přibližně mezi 100 nanometry a 10 mikrometry, což jsou rozměry neviditelné pouhým okem. Přesto však mohou tyto struktury ovlivnit dopad kapek na povrch různými způsoby.

Pro detailní pozorování tohoto procesu jsou použity tři vysoce výkonné kamery. „Dělají snímky z různých úhlů,“ říká Fabian Krull. Software následně data sestaví do 3D obrázku. „Díky tomu můžeme krok za krokem sledovat, co se děje, když kapky dopadnou na různé povrchy,“ říká profesor Antonyuk. Navíc inženýři simulují pád kapek ve svých počítačových modelech.

Výzkum probíhá v rámci speciálního výzkumného centra 926 (SFB) „Mikroskopická morfologie povrchů součástí“, které je financováno Německou výzkumnou společností. Získané poznatky mohou v budoucnu například pomoci snížit tření u strojů nebo navrhnout povrchy v průmyslových zařízeních tak, aby se na nich neusazovaly prachové a špinnové částice. Mohou být také využity v nemocnicích, například k zabránění přilnavosti mikroorganismů.

Na veletrhu Achema představí inženýři svůj kamerový systém a své výzkumné práce.