‘Breath figures’ zijn de typerende condensatiepatronen die we kennen als we op een koud oppervlak ademen. In de fysica beschrijven deze patronen druppelsgewijze condensatie. De verdeling van de druppels en de manier waarop ze van het oppervlak af rollen, is sterk te wijzigen dankzij elektrische velden – ‘electrowetting’ –. Dit leidt bijvoorbeeld tot een betere warmteoverdracht. Dit laten onderzoekers van de Universiteit Twente zien in Physical Review Letters.
Druppelsgewijze condensatie zien we in de natuur, zoals bij dauwvorming, maar ook in tal van technische toepassingen zoals warmtewisselaars, ontziltings-units en apparatuur voor waterwinning. Om deze toepassingen te optimaliseren, is grondige kennis nodig van het hele proces van condensatie, zoals de groeidynamiek en de beweeglijkheid van de druppels. Het is mogelijk, deze eigenschappen te beïnvloeden door het oppervlak waarop ze condenseren, aan te passen, bijvoorbeeld door een waterafstotende coating aan te brengen. De UT-onderzoekers laten nu zien dat het ook mogelijk is om de condensdruppels actief te beïnvloeden via elektroden in het onderliggende oppervlak. Dit heet ook wel ‘electrowetting’.
Terwijl de gewone breath figure een random verdeling van druppels laat zien, is het met electrowetting mogelijk om de condensatie te besturen. Het elektrische veld heeft invloed op de verdeling en grootte van de druppels: ze zijn eerder geneigd om, in korte tijd, samen te gaan tot grotere druppels. En ze kiezen, ten opzichte van elkaar, meer posities ‘in lijn’.
De verdeling en grootte van de druppels in de tijd, zonder electrowetting (bovenste rij) en met electrowetting (onderste rij)
Op deze manier ondergaan ‘breath figures’ een transformatie in oppervlaktegebruik en gemiddelde druppelgrootte. Door het sneller samensmelten van druppels, neemt het netto oppervlak af, zodat er weer ruimte is voor meer condensatie. Ook rollen de druppels sneller van het oppervlak. Alles komt meer in beweging, waardoor de warmte-overdracht verbetert. Dit laten eerste metingen, uitgevoerd samen met collega’s van het MIT, ook zien. Naast de praktische toepassingen, geeft dit onderzoek veel fundamenteel inzicht in druppelsgewijze condensatie bij uiteenlopende energieniveaus: het laat bijvoorbeeld de voorkeurslocaties zien, voor de druppels in lijn met elkaar.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Physics of Complex Fluids van prof Frieder Mugele. De groep maakt deel uit van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT. Het is financieel mogelijk gemaakt door NWO-TTW en het Vici programma.
Het paper ‘Breath Figures under Electrowetting: Electrically Controlled Evolution of Drop Condensation Patterns’, door Davood Baratian, Ranabir Dey, Harmen Hoek, Dirk van den Ende and Frieder Mugele is verschenen in Physical Review Letters.
