Fundamentele wetenschap in verdampende druppels17 april 2013 |
|
|
|
Wat gebeurt er als je een druppel met daarin opgeloste deeltjes langzaam laat verdampen? Het klinkt als een simpele vraag, maar er zit verrassend veel fundamentele natuurkunde en wiskunde in. Hanneke Gelderblom van de Universiteit Twente heeft dan ook vier jaar onderzoek gedaan naar deze vraag. Ze bestudeerde onder meer de natuurkunde achter het ontstaan van koffievlekken. “Wat mij in dit onderzoek het meest aansprak was de combinatie van theorie en experiment.” Gelderblom promoveert op 19 april op haar onderzoek. Iedereen die wel eens met zijn koffie knoeit kent het verschijnsel: als een druppel koffie opdroogt, ontstaat er aan de buitenkant een donkere ring, terwijl de binnenkant van de vlek veel lichter is. Sinds een wetenschapper aan de universiteit van Chicago in 1997 een artikel publiceerde over de vraag hoe het komt dat de kenmerkende koffievlekken ontstaan, is er volgens promovenda Hanneke Gelderblom in de wetenschappelijke wereld veel interesse naar deze vraag. En dat is niet voor niets vertelt ze: “Er zijn veel industriële toepassingen waar ze gebruik willen maken van het koffievlekeffect. Daarnaast zijn allerlei vakgebieden waarin je deze vlekken juist wil voorkomen. Denk bijvoorbeeld aan printers of aan de coatingindustrie. In beide gevallen is het noodzakelijk dat je precies weet hoe de vlekken ontstaan.” Eenvoudig Het systeem waarnaar Gelderblom onderzoek deed is zeer eenvoudig te noemen: een druppel water met daarin kleine deeltjes (polystyreenbolletjes) van een micrometer groot op een oppervlak. Gelderblom keek wat er precies gebeurt als je de druppel langzaam laat verdampen. “Zo’n simpele basis is ideaal om experimenten mee te doen, omdat je alles redelijk goed in modellen kunt vangen. Er was nog erg veel onbekend. Wat ik leuk vind aan fundamenteel onderzoek is het begrijpen van heel basale dingen. Theorie en experiment gingen hand in hand bij dit onderzoek.” Ordening Gelderblom heeft met haar collega-onderzoekers veel ontdekt in de afgelopen jaren. “Het verbaasde mij bijvoorbeeld dat bij kringen die achterblijven na verdamping de deeltjes in de rand veel meer geordend zijn, terwijl ze aan de binnenkant veel minder netjes geordend zijn.” Gelderblom vond een sluitende verklaring in het samenspel van drie factoren: druppelverdamping, vloeistofstroming en het transport van de deeltjes. In een ander experiment lieten Gelderblom en haar collega’s de druppel met de deeltjes verdampen op een superhydrofoob oppervlak (een materiaal dat extreem waterafstotend is). Nadat de druppel verdampt was, hadden de deeltjes zich extreem netjes geordend tot een bolletje. “De ordening van de deeltjes benaderde de dichtste bolstapeling, de theoretisch best mogelijke stapeling van deeltjes.” Wat Gelderblom als een van de andere doorbraken van haar onderzoek beschouwt, is dat ze er in geslaagd is om de stroming in de rand van de druppel nauwkeurig wiskundig te modeleren. Deze stroming blijkt onder meer afhankelijk van de hoek die de druppel met de ondergrond maakt. Promotie Hanneke Gelderblom voerde haar promotieonderzoek uit binnen de vakgroep Physics of Fluids. Deze groep maakt deel uit van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. Gelderblom werd begeleid door Detlef Lohse en Jacco Snoeijer. Op 19 april om 16.45 uur verdedigt ze haar proefschrift in Gebouw de Waaier op de campus van de Universiteit Twente. Noot voor de pers Voor meer informatie of een digitale versie van het proefschrift ‘Fluid flow in drying drops’ kunt u contact opnemen met UT-wetenschapsvoorlichter Joost Bruysters (06 1048 8228). |
|
|
