En omfattande ram för att studera avdunstningsbeteendet hos flytande marmor hjälper KAUST -forskare att bättre förstå dessa små biologiska strukturer.

Flytande marmor upptäcktes först under en studie av beteendet hos bladlöss - små insekter som lever inuti växtgaller. Bladlöss dricker nektar, utsöndra sedan klibbig, sockerhaltiga ämnen i sitt begränsade bostadsutrymme. För att undvika att drunkna i sina egna utsöndringar, insekterna täcker den klibbiga vätskan med vaxpartiklar, skapa små flytande kulor med ett hydrofobt yttre lager som de inte kan hålla fast vid.

Forskare insåg snabbt värdet av ett sådant system för att transportera små mängder intakt vätska över en yta utan att "väta" det. Ytterligare tillämpningar för flytande marmor inkluderar biokemiska miniatyrreaktorer och övervakning av föroreningar.

"Även om vattenytan på en flytande marmor är täckt av hydrofoba (vattenavvisande) partiklar, de kan fortfarande avdunsta snabbare än nakna vattendroppar. Detta kontraintuitiva faktum väckte vår nyfikenhet, säger Adair Gallo Jr. doktorand student som arbetade med studien tillsammans med Himanshu Mishra och kollegor.

För närvarande, det finns en ofullständig förståelse för hur partikelstorlek, friktion mellan partiklar och vätske-partikelinteraktioner påverkar marmorernas avdunstningsbeteende. Teamet studerade kulor bildade av partiklar med olika hydrofoba natur, ytråhet och storlekar, varierar från nano till mikro.

Med hjälp av höghastighetsavbildning, Gallo fann att vätske-partikel- och partikel-partikel-interaktioner kritiskt påverkade avdunstningsbeteendet, och han grupperade dem i tre fall. För det första, kulor bildade av partiklar med hög vidhäftning av vätskepartiklar och måttlig friktion mellan partiklar höll deras totala yta intakt när de tömdes ut, vilket leder till snabbare avdunstning och platta former. De flesta marmor exempel föll i denna kategori.

För det andra fallet, Gallo experimenterade med mikroskala kiseldioxidpartiklar belagda med nanoskala partiklar som uppvisade ultravattenresistens.

"När dessa flytande marmor förångades, de kastade ut partiklar från ytan och förblev sfäriska; vi hade inte förväntat oss att se detta, "säger Gallo." Detta händer på grund av mycket låga vätskepartiklar och mellanpartiklar. Nyfiket, detta fall visade samma avdunstningshastigheter som droppar med rent vatten. "

Det tredje fallet gällde klibbiga nanopartiklar som interagerade nära varandra men inte med vätskan inuti. När vätskan avdunstade, partiklarna pressades ut från vattenytan för att bilda en flerskiktad beläggning. Kulorna behåller en sfärisk form men avdunstar mycket långsammare på grund av de tjockare partikelskikten.

Teamet använde dessa data för att bygga en matematisk modell som exakt förutspår avdunstningsbeteendet för alla vätskekulor som studerats i detta arbete och många andra publicerade rapporter.

"Vår nyfikenhetsdrivna forskning har lett till en gedigen analytisk ram för att tänka på dessa mjuka squishy-objekt, säger Mishra.