Voda na superhydrofobním povrchu

Pokus číslo: 2343

  • Cíl pokusu

    Několik krátkých pokusů ukazuje chování vody na superhydrofobním povrchu.

  • Teorie

    Pokud kápneme kapalinu na různé vodorovné povrchy, lze pozorovat, že se liší tvar vzniklé kapky (viz experiment Vodní kapky na různých površích). Je-li úhel, který svírá kapka s povrchem (označovaný obvykle jako kontaktní úhel – viz obr. 1) menší než 90°, říkáme, že kapalina povrch smáčí. Pokud je naopak úhel větší než 90°, kapalina povrch nesmáčí. Speciální případ nastane, pokud je úhel větší než 150° – v tom případě mluvíme o superhydrofobním povrchu.

    Obr. 1. Kapalina smáčí povrch (vlevo) a nesmáčí povrch (vpravo)

    Na obrázku 2 je vidět kapka na papíru nastříkaném superhydrofobním sprejem – kontaktní úhel je v tomto případě přibližně 160°.

    Obr. 2. Vodní kapka na superhydrofobním povrchu
  • Pomůcky

    Hydrofobní povrch:

    Jako podklad pro nástřik superhydrofobním sprejem lze použít téměř libovolný materiál. Velmi efektní je papírový tácek, který má téměř stejný odstín jako samotný sprej (a postřik na něm tedy není na první pohled vidět). Pro tvorbu obrázků a skrytých nápisů se osvědčila zalaminovaná čtvrtka, použít lze i např. plexisklo apod.

    V experimentech je použit superhydrofobní sprej Rust-Oleum NeverWet, ale vyhoví i další (obvykle dvousložkové) spreje. Běžná impregnace na oblečení není vhodná, povrch není dostatečně hydrofobní.

    Pro tvorbu obrázků a skrytých nápisů se osvědčila malířská papírová páska.

    Další pomůcky:

    Voda, potravinářské nebo jiné barvivo, kapátko/stříkačka apod.

  • Pokus 1: Voda na běžném a superhydrofobním povrchu

    Pro porovnání chování vody na běžném a superhydrofobním povrchu je užitečné pracovat s běžným povrchem, jehož polovina je nastříkaná superhydrofobním sprejem. V našem případě je plexisko nalevo čisté, napravo nastříkané.

  • Pokus 2: Voda na papírovém tácku

    Na papírový tácek nastříkaný superhydrofobním sprejem kápneme několik kapek vody a pozorujeme jejich chování.

    Je vidět, že kapky se po dopadu rozstříknou, odrazí, opět se spojí do jedné a poté se odrazí zpět do vzduchu a celý děj se znovu opakuje. Video ukazuje tento proces zachycený rychloběžnou kamerou, lze na něm pozorovat i kmitání kapek při pádu a po odrazu.

  • Pokus 3: Vodní obdélník

    Podklad (plexisklo) je uprostřed čisté, okraje jsou nastříkány superhydrofobním sprejem (viz obr. 3). Uprostřed tak vzniká prostor, kam lze nalít vodu a ta tam, na rozdíl od zbytku podkladu, vydrží.

    Obr. 3. Vodní obdélník

    Lze tak například změřit výšku vzniklého „vodního obdélníku“, pozorovat chování vody, která naráží na téměř svislou stěnu na jeho okraji apod.

  • Pokus 4: Skrytý nápis

    Jako podklad se pro tento experiment osvědčila bílá zalaminovaná čtvrtka − na bílém podkladu není superhydrofobní vrstva téměř vidět a zalaminování chrání papír na místech, kde není nastříkaný sprejem.

    Superhydrofobní vrstva je nastříkána mimo požadovaný nápis nebo obrázek, po nalití vody se tak tento „objeví“.

  • Technické poznámky - výroba skrytého nápisu

    Jako podklad pro skryté nápisy a obrázky se osvědčila zalaminovaná čtvrtka. Na tu je obrázek nebo nápis připraven pomocí malířské krycí pásky (používáme ji, protože se snadno sundavá a nezbývá po ní lepidlo) − viz obr. 4. Poté je celá destička nastříkaná superhydrofobním sprejem a po zaschnutí je krycí páska opatrně odstraněna.

    Obr. 4. Příprava skrytého nápisu

    Na co je potřeba dávat pozor:

    • Při nastříkávání sprejem se držte návodu, na podkladu by nikde neměly vznikat loužičky apod.

    • Použitý superhydrofobní sprej má dvě vrstvy, první z nich má charakter lepidla. Krycí pásku je proto dobré na kraji odříznout (nikoliv odtrhnout), aby se přerušila vrstva lepidla a nedošlo k narušení superhydrofobní vrstvy.

    • Pro nápisy a obrázky je užitečné vymýšlet jednoduché tvary − příliš komplikované tvary už nezvládne voda pěkně vymodelovat.

    • Obrázek lze vytvořit i inverzně − tak, aby voda vymodelovala jeho okolí.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: delší než 10 minut
Čas provedení pokusu: 3–10 minut
Pokus je zachycen na videu