אפקט צ'יריוס הוא תהליך שבו עצמים צפים קטנים מתקבצים יחד על פני השטח של נוזל. חוקרים ביצעו אופטימיזציה של תהליך זה כדי להגדיל את שיעורי העיבוי למערכות יעילות לאיסוף מים. קרדיט: 2024 KAUST; איבן גרומיצ'ו
דרך יעילה יותר ללכוד מים מתוקים מהאוויר יכולה להיות בהשראת תופעת תנועה שנראית לראשונה בקערות של דגני בוקר.
חוקרי KAUST הבחינו שכאשר טיפות מים מתעבות מהאוויר אל משטח קר המצופה בשמן, הטיפות מתחילות ריקוד מורכב. תנועה זו – בדומה לתהליך המכונה אפקט צ'יריוס, לפיו הדגנים הצפים נוטים להתקבץ עקב מתח פני השטח – יכולה לעזור להאיץ את קצירת המים מהאטמוספירה באזורים צחיחים כמו ערב הסעודית.
"אנחנו מעוניינים לתכנן משטחים שיכולים לקדם עיבוי של מים, שיש להם יישומים חשובים להעברת חום וקצירת מים", אומר מרקוס לין, עמית מחקר במעבדתו של דן דניאל, שהוביל את המחקר. על משטח מוצק טיפוסי, טיפות מעובה נדבקות למשטח בתנועה מינימלית. "תחשוב על מים שמתעבים על פחית סודה קרה", אומר לין. "הטיפות זזות רק ברגע שהן גדלות מספיק כדי שכוח המשיכה ימשוך אותן למטה."
תנועות מפתיעות של טיפות
לדניאל, לין ומשתפי הפעולה שלהם היה רעיון שהוספת סרט דק של שמן ישמן את פני השטח, וכתוצאה מכך טיפות ניידות מאוד שיפנו מקום לעיבוי טיפות נוסף, ויגדילו את שיעורי העיבוי. הרעיון עבד – אבל הדרכים המורכבות שבהן נעו הטיפות היו הפתעה מוחלטת, אומר דניאל.
ברגע שהטיפות גדלו לגודל קריטי, הן החלו לנוע על פני השמן בתבנית מובהקת הדומה לריקוד משוכלל. "בתחילה הם נעו בצורה מתפתלת, לפני שעברו לתנועות מעגליות, ואז חזרה שוב", אומר לין. "תנועות אלו התרחשו על פני סולמות שנעו בין מיקרומטרים למספר סנטימטרים, והן נמשכו שעות."
חוקרים לכדו טיפות מים המציגות תנועה קולקטיבית מורכבת, המתנדנדת בין תנועות נחש ומעגליות, כשהן מתעבות על גבי סרט שמנוני דק. קרדיט: 2024 KAUST; פאוזיה ורדאני
הכוח המניע לתהליך הוא ש – כמו צ'יריוס בחלב – טיפות מים צפות על השמן נמשכות לעבר שכניהם. תנועת הטיפות הגדולות יותר מונעת על ידי אנרגיה המשתחררת כשהן בולעות טיפות קטנות יותר בדרכן.
הטיפות הנעות מפיצות מחדש את סרט השמן ועוברות מנחש לתנועה מעגלית כאשר הסרט מתרוקן באופן מקומי. ברגע שהשמן המקומי נבנה מחדש, הריקוד דמוי הנחש מתחדש.
מכשירים כאלה שיכולים ללכוד מים מהאוויר ביעילות על ידי עיבוי פשוט, ללא כניסת אנרגיה, הם חיפוש נרחב ככל שהלחץ גדל על מקורות מים מתוקים, אומר דניאל. "על ידי אופטימיזציה של התנועה הקולקטיבית של טיפות עיבוי, נוכל להגדיל במידה ניכרת את שיעורי העיבוי ולפיכך לתכנן מערכות קציר מים יעילות יותר", הוא אומר.
הצוות מתכנן להמשיך ולחקור את המנגנונים המניעים את תנועת הטיפות, במיוחד לחקור את המעבר מתנועה נחשלית לתנועה מעגלית. "היבט מרכזי נוסף הוא לחקור יישומים פוטנציאליים, במיוחד בשיפור העברת חום וקצירת מים", מוסיף לין.
