vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 870 10.31429/vestnik-16-2-68-74 Научная статья Original article Физика Physics Влияние гравитации на форму капель морской воды на супергидрофобной поверхности при испарении The gravity effect on the shape of a sea-water drops on a superhydrophobic surface during evaporation Уколов А.И. Уколов Алексей Иванович Ukolov Aleksey I. ukolov_aleksei@mail.ru

канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры математики, физики и информатики Керченского государственного морского технологического университета

 Попова Т.Н. Попова Татьяна Николаевна Popova Tatiana N. ptn1311@yandex.ru

д-р пед. наук, профессор кафедры математики, физики и информатики Керченского государственного морского технологического университета

 Керченский государственный морской технологический университет, КерчьKerch State Maritime Technological University, Kerch 28 06 2019 16 2 68 74 04 04 2019 27 04 2019 28 06 2019 Copyright (c) 2019 Уколов А.И., Попова Т.Н. 2019 Уколов А.И., Попова Т.Н. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Nowadays there are a lot of discussions about the validity of the classical Young equation, which determines the angle of contact between the surface of a solid and a liquid, since it does not take into consideration the effect of gravity. There is an analysis of the size of a sea-water drop on a superhydrophobic surface obtained on a sample of A40S shipbuilding steel, taking into account the ratio of the surface tension and gravity force, made in the paper.

In the given experiment, the superhydrophobic layer was created by aerosol spraying of the two-component chemical solution of the NeverWet Base Coat system. Optical observations and photography were carried out on a specially designed unit for further graphic analysis of the geometry of the drop.

The balance of vertical force projections was controlled by determining the Bond number when measuring the diameter of the perimeter of wetting by drops of a solid surface. The deformation of the shape was estimated through the ratio of the horizontal and vertical diameters in the middle section of the drop. During the evaporation, a drop of dilute sea water changed its volume in the interval $V=10-0,5$~$\mu l$, at the end of the test impurity concentration corresponding to the natural sea water of the Kerch Strait was reached.

It is shown that there is a noticeable variation in the value of the contact angle for drops with a volume of more than $1\mu l$, which at various stages of evaporation can reach 2--10$^\circ$. With a decrease in $V=0,5$~$\mu l$, such a divergence was absent, and the contact angle assumed its maximum value $\theta_{C}=165^\circ$.

Such studies contribute to a realistic assessment of the behavior of sea water droplets on the superhydrophobic surfaces of materials used in marine technology.

В работе экспериментально исследовано влияние гравитации на форму капель морской воды на супергидрофобном покрытии судостроительной стали марки A40S. На специально сконструированной установке выполнены оптические наблюдения и измерение угла контакта капли при испарении. Показано, что существует заметный разброс величины угла контакта для капель объемом более 1 мкл, который на различных этапах испарения может достигать 2-10$^\circ$. При уменьшении $V=~0,5$ мкл подобное расхождение отсутствовало, а угол контакта принимал свое максимальное значение $\theta _{C} = 165^\circ$. Полученные результаты направлены на расширение понимания возможности реального применения супергидрофодных покрытий для защиты оборудования, контактирующего с морской водой.

 супергидрофобная поверхность судостроительная сталь угол контакта гравитация испарение морская вода superhydrophobic surface shipbuilding steel contact angle gravity evaporation sea water Исследование поддерживается Керченским государственным морским технологическим университетом по контракту № АААА-А18-118021990017-5. Ferrari M., Benedetti A. Superhydrophobic surfaces for applications in seawater // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 222. P. 291–304. Samaha M.A., Tafreshi H.V., Gad-el-Hak M. Superhydrophobic surfaces: from the lotus leaf to the submarine // Comptes Rendus Mecanique. 2012. Vol. 340. P. 18–34. Придворов Б. Н., Попова Т. Н., Уколов А. И. Супергидрофобные поверхности. Обзор // Образование, наука и молодежь. 2017. 2017. Ч. 2. C. 107–120. . Obrazovanie, nauka i molodezh , 2017, vol. 2, pp. 107–120. (In Russian)] Genzer J., Efimenko K. Recent developments in superhydrophobic surfaces and their relevance to marine fouling: a review // Biofouling. 2006. Vol. 22. No. 5. P. 339–360. Gupta R., Vaikuntanathan V., Sivakumar D. Superhydrophobic qualities of an aluminum surface coated with hydrophobic solution NeverWet // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2016. Vol. 500. P. 45–53. Ferrari M., Ravera F., Rao S., Liggieri L. Surfactant adsorption at superhydrophobic surfaces // Applied Physics Letters. 2006. Vol. 89. P. 053104. Scarratt L.R.J., Steiner U., Neto Ch. A review on the mechanical and thermodynamic robustness of superhydrophobic surfaces // Advances in Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 246. P. 133–152. Уколов А.И., Попова Т.Н. Исследование краевого угла капли морской воды при испарении на супергидрофобной поверхности стали A40S с учетом гравитации // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2018. Т. 15. № 2. C. 102–107. Ekologicheskij vestnik nauchnyh centrov Chernomorskogo ehkonomicheskogo sotrudnichestva , 2018, vol. 15, no. 2, pp. 102–107. (In Russian)] Zhang X. et al. Polyelectrolytemultilayer as matrix for electrochemical deposition of gold clusters: towardsuper-hydrophobic surface // Journal of the American Chemical Society. 2004. Vol. 126. P. 3064–3065. Bartashevich M.V., Kuznetsov V.V., Kabov O.A. Gravity effect on the axisymmetric drop spreading // Microgravity Science and Technology. 2010. Vol. 22. P. 107–114. Diana A., Castillo M., Brutin D., Steinberg T. Sessile drop wettability in normal and reduced gravity // Microgravity Science and Technology. 2012. Vol. 24, No. 3. P. 195–202. Колегов К.С., Лобанов А.И. Математическое моделирование динамики жидкости в испаряющейся капле с учётом капиллярных и гравитационных сил // Вестник РУДН. Серия Математика. Информатика. Физика. 2014. № 2. С. 375–380. . Vestnik RUDN. Seriya Matematika. Informatika. Fizika , 2014, no. 2, pp. 375–380. (In Russian)] Найдич Ю.В., Габ И.И., Стецюк Т.В., Костюк Б.Д. Влияние гравитации на смачивание и капиллярные явления в контактных системах "жидкость – твердое тело" // Космічна наука і технологія. 2013. Т. 19, № 5. С. 50–55. . Kosmichna nauka i tekhnologiya , 2013, vol. 19, no. 5, pp. 50–55. (In Russian)] Young T. An essay on the cohesion of fluids // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1805. Vol. 95. P. 65–87.