Førsteårsstuderendes fysikprojekt vækker international opsigt

Ved hjælp af vandballoner og et sømbræt har tre førsteårsstuderende på Roskilde Universitet eftervist, hvordan en ekstremt vandafvisende overflade får vanddråber til at hoppe af på en opsigtsvækkende måde.

I december 2015 valgte det anerkendte internationale tidsskrift Nature Physics at tweete et link til en video fra Roskilde Universitet. Årsagen var, at tre førsteårsstuderende fra Den Naturvidenskabelige Bacheloruddannelse på Roskilde Universitet havde undersøgt ekstremt vandafvisende overflader og havde genskabt et såkaldt ’pandekagehop’, som var blevet beskrevet i tidsskriftet sidste år.

Dengang påviste professor Julia Yeomans og kolleger fra Oxford University, hvordan en ekstremt vandafvisende overflade, også kaldet superhydrofobisk overflade, får vanddråber til at hoppe op igen på en overraskende måde. Det var det fænomen, som de tre førsteårsstuderende, Alex Nygaard Larsen, Kasper Sternberg Brogaard Jensen og Jonas Andersen Bro, på Roskilde Universitet efterviste i stor størrelse ved at lade vandballoner falde mod et sømbræt.

Når en vanddråbe rammer en almindelig vandafvisende overflade med en vis hastighed, vil den først mases helt flad mod overfladen og så hoppe af overfladen igen, når vandet har gendannet sin dråbeform. Men på en superhydrofobisk overflade vil dråben hoppe af allerede inden, den har gendannet sin dråbeform, og mens den stadig er fladmast mod overfladen. Deraf kommer navnet ’pandekagehoppet’ (’pancake bounce’).

Postdoc Tina Hecksher var vejleder på de tre studerendes projekt.

”Dette projekt er et eksempel på et klassisk problem i fysik, nemlig hvordan ting og fænomener skalerer. Ved at opskalere dimensionerne i deres forsøg har gruppen ikke kun reproduceret et eksperiment: de har faktisk testet en hypotese om pandekagehoppet og vist, at denne hypotese sandsynligvis er rigtig,” forklarer hun.

Efterligner lotusblomsten
Forklaringen ligger både i overfladens struktur og dens belægning. Superhydrofobiske overflader findes også i naturen, hvor lotusblomstens blade er et godt eksempel, for bladenes overflade er besat med bittesmå hår, der nærmest får vanddråben til at svæve over selve bladet. Man kan finde lignende strukturer hos andre planter og i fuglefjer. Kombinationen af mikroskopiske pæle og en vandafvisende belægning, der udgør den ekstremt vandafvisende overflade fra det oprindelige studie publiceret i Nature Physics, imiterer på den måde naturens superhydrofobiske konstruktioner.  

Og det var den overflade, som de tre studerende fra Roskilde Universitet efterlignede med deres sømbræt.

Det særlige ved ’pandekagehoppet’, som denne overflade skaber, er, at kontakttiden, hvor dråben rører ved overfladen, reduceres med op mod 80 procent. På den måde har naturen selv anvist en metode til at skabe superhydrofobiske overflader, som måske kan anvendes til eksempelvis selvrensende overflader og antifrost-materialer.