Je leest:

Lotusdruppel toont ultrageluid

Lotusdruppel toont ultrageluid

Auteur: | 30 november 2007

Natuurkundigen van de Universiteit Twente weten ultrahoge tonen duizend keer scherper te meten dan bestaande apparatuur. Het onderzoeksteam van Helmut Rathgen bekijkt hoe een waterdruppel op een kunstmatig waterafstotend oppervlak meetrilt met het ultrageluid. De onderzoeker denkt dat zijn meetmethode onder andere medische scanners kan verbeteren.

Met een kunstmatig lotusblad hebben Helmut Rathgen en zijn collega’s van twee Twentse onderzoeksgroepen een microfoon gemaakt voor extreem zwakke en hoge tonen. Dat schrijft het team in het gezaghebbende blad Physical Review Letters. Lotusbladen hebben een oppervlak van miljarden kleine naaldjes. De naalden staan zo dicht op elkaar dat waterdruppels er niet tussen kunnen vloeien; ze blijven liggen als op een spijkerbed. Rathgen bedacht dat ultrageluid het naaldenwoud en dus ook de waterdruppel laat trillen. Die trillingen wist hij zichtbaar te maken met behulp van lichtbreking.

Druppel op een extreem waterafstotend ( superhydrofoob) oppervlak, compleet met diffractiepatroon van licht. De druppel rust op kleine pilaartjes, het grensvlak lucht-water tussen die pilaartjes blijkt een uiterst gevoelig membraan voor de detectie van ultrageluid. bron: dr. Adrian Staicu.

Golfjes vertalen

Om zijn hoge nauwkeurigheid te halen – zijn ultrageluidmeter hoort duizend keer scherper dan bestaande techniek – gebruikte Rathgen lichtgolven. In het naaldenwoud van zijn kunstmatige lotusblad breekt licht op in talloze deelgolfjes ( diffractie). De verschillende lichtkleuren, met elk een eigen golflengte, worden door de naaldjes in iets verschillende richtingen gestuurd. Als de naalden op en neer bewegen door de trillingen van het ultrageluid, verandert ook het diffractiepatroon.

Dat effect treedt ook op in de waterdruppel, die dienstdoet als versterker voor het diffractie-effect. Aan de onderkant raakt de druppel duizenden naaldjes en het wateroppervlak daartussen werkt als evenzoveel kleine trommelvliezen. Die bewegen mee met het ultrageluid in het naaldenwoud en daardoor verandert het diffractiepatroon van de druppel continu. Uit de manier waarop is via berekeningen het originele ultrageluid af te lezen.

Waterdruppel op het extreem waterafstotende blad van de Aziatische lotussoort Colocasia esculenta. Botanicus Wilhelm Barthlott van de Universiteit van Bonn wist als eerste te verklaren waarom lotusbladeren superhydrofoob zijn. Deze druppel heeft allerlei vuil van het bladoppervlak opgenomen. Als hij van het blad rolt, neemt hij het vuil mee en wordt het blad weer schoon. bron: BASF. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Waterafstotend en superschoon

Lotusbladeren zijn al eeuwen bekend om hun waterafstotende eigenschappen. Omdat waterdruppels niet aan het oppervlak blijven plakken, rollen ze langs het blad naar beneden. Ondertussen nemen ze vuil en stof op en reinigen zo het blad. Pas sinds een paar jaar is bekend hoe de plant dat voor elkaar krijgt. De Duitse botanicus Wilhelm Barthlott van de Universiteit van Bonn liet zien dat lotusbladeren een extreem ruw oppervlak hebben. Daardoor raken waterdruppels maar op een beperkt aantal punten het blad en krijgen ze er geen grip op.

Het lotuseffect is niet alleen voorbehouden aan de gelijknamige plant. Wetenschappers zijn erin geslaagd verflagen te maken met het lotuseffect. Die zijn extreem waterafstotend. Een flinke plens water voldoet om al het vuil op het materiaal weg te spoelen; zelfs vuil dat van zichzelf waterafstotend is plakt nog liever aan een waterdruppel dan aan een lotusblad.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 30 november 2007

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.