← أحدث الأبحاث
🔬 physics

Structure-Dependent Anisotropic Droplet Retention on PDMS-Modified, Laser-Structured Titanium Surfaces

تُظهر هذه الدراسة أن الجمع بين المسامية النانوية والتضاريس الميكروية الموجهة على أسطح التيتانيوم المعدلة بالليزر والمعدلة بـ PDMS يتيح التحكم الدقيق في كل من الاحتفاظ القوي بالقطرات وسلوك البلل متباين الخواص، حيث تملي الميزات النانوية الالتصاق الكلي بينما توجه التوجيهات الميكروية عملية التثبيت الاتجاهي.

المؤلفون الأصليون: Martin Kahlmeyer, Markus Veltrup, Niklas Sommer, Uwe Specht, Andreas Winkel, Florian Fiedler, Camilo Florian, Stefan Böhm

نُشر 2026-08-19
📖 3 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Martin Kahlmeyer, Markus Veltrup, Niklas Sommer, Uwe Specht, Andreas Winkel, Florian Fiedler, Camilo Florian, Stefan Böhm

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

تتصرف المياه بشكل مختلف اعتماداً على السطح الذي تلامسه. فعلى قطعة زجاج ملساء ونظيفة، تنتشر قطرة الماء لتصبح مسطحة، وكأنها تتوق لإحداث تلامس. أما على غطاء سيارة مشمع، فإن تلك القطرة نفسها تتجمع لتشكل كرات مثالية، وتتدحرج مع أدنى ميل. هذا السلوك، المعروف باسم "الترطيب"، يتحدد بعاملين رئيسيين: الطبيعة الكيميائية للسطح وشكله الفيزيائي. فإذا صُمم السطح كيميائياً ليدفع الماء، يصبح كارهًا للماء (hydrophobic). وإذا كان السطح خشناً، فإن هذه الخشونة يمكن أن تضاعف التأثير، مما يجعل الماء ينفر بقوة أكبر، أو على العكس، يحبس الماء في وديان صغيرة ليجعله يلتصق بقوة. لطالما عرف العلماء أن حجم وترتيب هذه النتوءات والثقوب الصغيرة أمر مهم، لكن دراسة جديدة كشفت أن الاتجاه الذي تترتب به تلك النتوءات يغير كيفية حركة قطرة الماء، أو فشلها في الحركة، عبر المعدن.

وضع باحثون من جامعة كاسل ومعهد فراونهوفر في ألمانيا هدفهم لفهم هذا السلوك الاتجاهي على التيتانيوم، وهو معدن يحظى بتقدير كبير لقوته ومقاومته للتآكل. استخدموا ليزراً عالي القدرة لنقش أنماط معقدة على سطح المعدن، مما خلق أنسجة توجد على مستويين مختلفين في آن واحد. ففي مقياسة كبيرة، ترك الليزر وراءه أخاديد ووديان لا تُرى إلا تحت المجهر. وعلى مقياسية أصغر بكثير، تسببت الحرارة الشديدة لليزر في إعادة ترسب جزيئات دقيقة من أكسيد التيتانيوم، مما شكل طبقة مسامية تشبه الإسفنج من الجسيمات النانوية. ولضمان عدم تداخل المعدن نفسه مع النتائج، غطى الفريق كل عينة بطبقة رقيقة من مادة تعتمد على السيليكون تنفر الماء طبيعياً؛ مما سمح لهم بعزل تأثير الشكل الفيزيائي عن الخصائص الكيميائية للمعدن.

أنشأ الفريق نوعين متميزين من الأسطح للمقارنة بينهما. النوع الأول تميز بالأخاديد والوديان الاتجاهية الكبيرة التي صنعها الليزر، والتي تستقر فوق الطبقة النانوية الدقيقة. أما النوع الثاني، فقد امتلك نفس الطبقة النانوية الدقيقة ولكنه افتقر إلى الأخاديد الكبيرة، مما نتج عنه سطح أملس مجهرياً. وعندما وضعوا قطرات الماء على هذه الأسطح، كانت النتائج مذهلة. ففي السطح الأملس النانوي، التصقت قطرات الماء بقوة بالمعدن، رافضة التدحرج حتى عندما تم إمالة السطح إلى وضع عمودي تماماً. أظهر هذا أن المسام النانوية الصغيرة وحدها كانت كافية لخلق التصاق قوي. ومع ذلك، فإن السطح ذو الأخاديد الاتجاهية الكبيرة تصرف بشكل مختلف اعتماداً على الاتجاه الذي تحاول القطرة التحرك فيه.

عندما أمال الباحثون السطح ذو الأخافيد الكبيرة، تدحرجت قطرة الماء بسهولة إذا تحركت موازية لخطوط الليزر أو عمودية عليها. ولكن عندما حاولت القطرة التحرك بشكل قطري عبر الخطوط، بزاوية 45 درجة، رفضت التحرك من مكانها. ظلت القطرة مثبتة في مكانها، حتى عندما قُلب السطح رأساً على عقب. حدثت هذه الظاهرة لأن المسار القطري أجبر حافة قطرة الماء على عبور الأخاديد بطريقة مستمرة وصعبة، في حين أن التحرك بشكل مستقيم على طول الأخاديد أو عبرها سمح للقطرة بالانزلاق فوق العقبات بسهولة أكبر. وجدت الدراسة أن اتجاه النسيج واسع النط النطاق كان المحرك الرئيسي لهذا الالتصاق الاتجاهي، بينما كانت المسام النانوية الصغيرة هي المسؤولة عن اللزوجة العامة التي منعت القطرة من الانزلاق بسهل.

لفهم سبب حدوث ذلك، نظر الباحثون إلى السطح تحت مجاهر قوية وحللوا التركيب الكيميائي للتأكد من أن طلاء السيليكون قد تغلغل في المسام الصغيرة. ووجدوا أن قطرة الماء لم تكتفِ بمجرد الجلوس فوق القمم، بل غاصت جزئياً في الطبقة النانوية، مما خلق تفاعلاً معقداً بين السائل والصلب. واقترح الفريق أن اتجاه الأخاديد الكبيرة يغير المسار الذي يجب أن تسلكه المياه للانفصال عن السطح. فالتحرك بشكل قطري يخلق حاجزاً أكثر سلاسة واستمرارية لا تستطيع المياه التغلب عليه بسهء، مما يؤدي فعلياً إلى قفل القطرة في مكانها. يشير هذا الاكتشاف إلى أنه من خلال التصميم الدقيق لاتجاه أنسجة الأسطح، يمكن للمهندسين التحكم بدقة في كيفية حركة السوائل، أو التصاقها، أو انزلاقها، وهو ما قد يكون مفيداً لكل شيء بدءاً من الأسطح ذاتية التنظيف وصولاً إلى الأجهزة الطبية حيث يكون التحكم في السوائل أمراً بالغ الأهمية.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف 🔬 physics →