Vloeibare knikkers

FRANSE NATUURKUNDIGEN hebben een manier gevonden om vloeistofdruppeltjes als knikkers op een ondergrond neer te leggen. De druppeltjes bevochtigen het oppervlak niet en ondervinden ook nauwelijks weerstand. Dat opent ongekende mogelijkheden voor het transport van vloeistoffen, bijvoorbeeld in het `laboratorium op een chip' waarmee op microscopische schaal analyses kunnen worden uitgevoerd (Nature, 21 juni).

Normaal gesproken laat een bewegende druppel een spoor achter, waardoor er bij transport vloeistof verloren gaat. Er is al van alles geprobeerd om dat te voorkomen. Zo kan een oppervlak door een chemische behandeling waterafstotend worden gemaakt, maar dat is geen duurzame oplossing. Ook is het mogelijk om druppeltjes te laten zweven, met behulp van lucht of gebruikmakend van elektrostatische afstoting, maar in de praktijk bleek dat niet eenvoudig te realiseren. Een paar jaar geleden boden de bladeren van de lotus een veel betere oplossing. Die hebben een op microscopische schaal erg ruw oppervlak vol met hoeken en gaatjes: water kan door de grote capillaire druk niet in die minuscule gaatjes binnendringen en blijft daarom als druppeltjes op het blad liggen. Een groot voordeel is dat vuil dat zich op de bladeren verzamelt door het water heel gemakkelijk kan worden afgespoeld.

Pascale Aussillous en David Quéré van het Collège de France in Parijs draaiden dit Lotus-effect om. Ze mengden water met een fijn, waterafstotend poeder, waardoor kleine druppeltjes ontstonden van ongeveer een millimeter in diameter die aan de buitenkant waren bedekt met een dun laagje. Zo is de buitenkant van de druppeltjes `ruw' geworden, waardoor ze de ondergrond niet meer kunnen bevochtigen en zelfs op een wateroppervlak blijven drijven. Daarbij zijn ze heel elastisch en kunnen ze stuiteren en rollen zonder te lekken. Dat blijkt uit een aantal simpele maar bijzonder intrigerende experimenten die Aussillous en Quéré met deze `vloeibare knikkers' uitvoerden.

De Fransen lieten de druppels bijvoorbeeld van een hellend vlak aflopen en bepaalden de snelheid waarmee ze dat deden. Die blijkt afhankelijk van het samenspel van zwaartekracht, die de druppeltjes in beweging brengt, en van elastische krachten, die ze vervormen en daardoor afremmen. Opvallend genoeg bleken kleine druppeltjes sneller te bewegen dan grote. Als gevolg van hun grotere gewicht hebben kleine exemplaren een groter contactoppervlak en ondervinden daardoor meer weerstand.

De bewegende druppeltjes werden vastgelegd met een hogesnelheidscamera. Ook dat leverde verrassende resultaten op. Naarmate hun snelheid op het hellend vlak toenam, veranderden ze van bolletjes in schijfjes en uiteindelijk zelfs in ringetjes. Tijdens de vrije val kregen ze echter een soort pinda-vorm, hetgeen overigens al eerder was waargenomen onder gewichtloze omstandigheden in de ruimte.