Oliedruppel gaat spontaan zweven boven ijskoud oppervlak

Druppels die op een hete plaat vallen, verdampen niet direct, maar worden opgetild door een soort kussentje van hun eigen damp. Dit Leidenfrost effect is uitvoerig onderzocht. Maar wat gebeurt er nu met een druppeltje op een heel koud oppervlak? Op een bad van vloeibare stikstof (-196° C) plaatste UT-onderzoeker Anaïs Gauthier een druppeltje ethanol of siliconenolie, op kamertemperatuur. Wat blijkt? Dat druppeltje bevriest niet ter plekke, maar gaat na enkele seconden spontaan en met constante snelheid bewegen, om voorlopig ook niet tot stilstand te komen. Zelfs als het uiteindelijk wél bevriest, blijft het druppeltje in rechte lijnen bewegen, tot wel tientallen minuten lang. Komt het in de buurt van de wand van het vloeistofreservoir, dan stuitert het elastisch terug.

Vormverandering

Anders dan bij het gewone Leidenfrost effect is het niet de druppel die een vormverandering ondergaat, maar het onderliggende vloeistofoppervlak. Zo vormt zich een laagje damp tussen de koude vloeistof en de relatief warme olie. Dat verklaart nog niet waarom de druppel dan uit zichzelf gaat bewegen, in plaats van ter plekke te bevriezen. Er moet een aanzet zijn. Uit de analyse van de camerabeelden, simulaties en wiskundige modellen blijkt dat het laagje onder de druppel niet symmetrisch is. Deze asymmetrie is de aanstichter voor de beweging en de snelheden zijn goed te voorspellen. Aan de wanden vindt geen botsing plaats, dan zou de snelheid er veel eerder uit gaan. Ook tussen de wand en het druppeltje vormt zich een laagje damp, zodat het elastisch terugkaatst.

Koeltransport

Vervolgonderzoek moet uitwijzen wat de asymmetrie in het laagje precies veroorzaakt. Een interessante vraag is ook wat er gebeurt met meerdere druppels op het oppervlak. "De spontane beweging van druppels kan interessant zijn voor het bevriezen en transporteren, zonder vervuiling, van bijvoorbeeld biologische materialen", aldus Gauthier.