När en droppe vätska träffar en yta med tillräckligt hög hastighet, det stänker - så mycket tvivlar inte. Men ibland hjälper det inte att stänka. Forskare arbetar med metoder för "undvikande av stänk" som kan förhindra stänk av skadliga eller ohygieniska vätskor i en rad inställningar, från sjukhus till kök - och kanske till och med urinaler.

I en ny uppsats som leds av forskare vid University of Oxford och publiceras i tidskriften Fysiska granskningsbrev , forskare visar att beläggning av en yta i ett tunt lager av ett mjukt material som en gel eller gummi kan ge en enkel lösning på detta problem.

Ledande forskare professor Alfonso Castrejón-Pita, Royal Society University Research Fellow vid Oxfords Department of Engineering Science, sa:”Vi insåg att ingen faktiskt hade studerat systematiskt vad som händer när droppar träffar mjuka underlag. I vår studie, vi tappade etanaldroppar på mjuka material av silikon - det material som ofta används i badrumstätningsmedel. Silikon är mycket användbart, eftersom det kan göras att ha olika styvhetsnivåer, allt från ett material som kan jämföras med gelé till något med en konsistens som mer liknar ett penngummi.

'Vi filmade stötarna med en höghastighetskamera med hastigheter upp till 100, 000 bilder per sekund - cirka 4, 000 gånger snabbare än en vanlig mobiltelefon - och studerade sedan stänkdynamiken. Genom att kombinera dessa experiment med lite teoretisk modellering och detaljerade datasimuleringar, vi fann att små deformationer av substratet inträffar inom de första 30 mikrosekunderna efter påverkan, som, förvånande, kan räcka för att helt dämpa stänk.

”Det som är mest överraskande är att du behöver cirka 70% mer energi för att få en droppe för att stänka av dessa mjuka material jämfört med hårda material. Om du tänker på en droppe som faller från en viss höjd, vi behöver dubbla höjden för att det ska stänka i de mjukaste ytorna. '

Det har gjorts lite arbete för att undvika stänk. Det har visats att droppar i vakuum inte stänker, och droppar som slår en tunn, elastiskt membran är mycket mindre benägna att stänka. Att flytta substratet med höga hastigheter kan dämpa stänk på ena sidan av droppen men förstärka stänk på andra sidan. Ingen har ännu tittat på hur enkla beläggningar skulle kunna ge ett allsidigt stänkskydd.

Professor Castréjon-Pita sa:'Vi tror att mjuka ytor med rätt styvhet kan användas i ett antal situationer där "farliga" eller "otäcka" vätskor används. Det är förvånansvärt lätt för droppar att förvandlas till aerosoler eller sprayer när de stänker:en droppe av ett typiskt lösningsmedel som etanol eller metanol kommer att stänka om det tappas från en höjd av cirka 20 cm och genererar droppar av det materialet som kan bäras bort av luft. Så om du arbetar med farliga kemikalier eller biomaterial, det skulle vara bra att veta att du inte kommer att generera sprayer eller aerosoler om några droppar faller, utsätta dig för sjukdomar eller skadliga material. Detta är också fallet med användning av instrumentbrickor under operationen - denna teknik kan förhindra stänk av kroppsvätskor.

'När det gäller hygien, överföringen av campylobacter eller andra matförgiftningsmedel i ett typiskt kök är ett exempel. I UK, det finns en stor kampanj för att stoppa människor från att tvätta rå kyckling innan de lagar mat på grund av stänk. En yta som kan stoppa oavsiktligt spillda droppar rå kycklingvätska kan vara användbar. Och utvecklingen av en stänkfri urinal skulle också vara välkommen! '

Professor Castréjon-Pita tillade:”Det finns säkert mer arbete att göra på detta område. Ju mjukare du gör ett material, klibbigare och svagare blir det ofta - två saker som inte är idealiska för att göra nytta, långtidsbeläggningar. Den viktigaste utmaningen med detta arbete är hur man kan övervinna det. Lyckligtvis, det senaste arbetet har börjat utveckla nya material som kan vara mjuka, stark och icke-klibbig – som sega hydrogeler – så det finns säkert många tillvägagångssätt att utforska.'