Sneller zwemmen over glibberige siliconen (video)

Stefania Ketzetzi, die het effect ontdekte, onderzocht en verklaarde, publiceerde erover in het vakblad Physical Review Letters.

De ‘zwemmers’ zijn colloïdedeeltjes van enkele micrometers doorsnee die voor precies de helft zijn gecoat met een laagje platina. Als je zulke deeltjes in een oplossing van waterstofperoxide gooit, zet het platina het waterstofperoxide om in water en zuurstof. Het ontstaan van die reactieproducten aan één kant van het deeltje stuwt het deeltje voort als een klein raketje. Zulke deeltjes worden actieve deeltjes genoemd; onderzoekers hopen ze in de toekomst te gebruiken als onderdelen van microrobots.
"Ik stuitte op dit effect toen ik aan een project werkte waar ik een ondergrond gebruikte van glas met een polymeercoating’, zegt Ketzetzi. "Die zijn erg hydrofiel. Het viel me op dat de zwemmers veel trager waren. Waarom?"

Lading en ruwheid maken niet uit

Systematisch controleerden de onderzoekers of de elektrische lading van de ondergrond ertoe doet, maar dat leverde geen duidelijk resultaat op. Ook de ruwheid van de ondergrond leek niet veel uit te maken. Toen besloot Ketzetzi ondergronden met een verschillende waterafstotendheid te testen: het super-hydrofobe polydimethylsiloxaan (siliconen) tegenover glas en polyetheen, bekend van boterhamzakjes. Het bleek dat dit het verschil maakt: de raketjes haalden op siliconen een snelheid van 2,8 micrometer per seconde, tegenover 1 micrometer per seconde op de andere ondergronden.

Waterafstotendheid meten

Hoe waterafstotend een oppervlak is, wordt gemeten in de contacthoek, de hoek die de rand van een waterdruppel maakt met het oppervlak. In hydrofiele oppervlakken spreidt de druppel zich plat uit op het oppervlak en is de contacthoek heel klein. Bij extreem hydrofobe oppervlakken, waarop waterdruppels soms als een bolletje blijven liggen, is de contacthoek juist groot. De onderzoekers zagen dat gelijke contacthoeken gelijke snelheden opleverden. Een hogere contacthoek betekent een hogere snelheid.
De verklaring werd gevonden met hulp van theoretisch natuurkundige Joost de Graaf van de Universiteit Utrecht: de contacthoek is gerelateerd aan de glibberigheid van de ondergrond. Hoe groter de contacthoek, hoe glibberiger de ondergrond, en hoe gemakkelijker vloeistof langs die ondergrond stroomt.