Учёные научились видеть нанокапли воды в реальном времени

Исследователи из KAIST и Сеульского национального университета совершили прорыв в нанотехнологиях, разработав метод для прямого наблюдения и анализа наноразмерных капель воды в режиме реального времени. Ранее изучение того, как жидкость растекается или высыхает на поверхности (явление смачиваемости) на наноуровне, было практически невозможным.

Графическая абстракция исследования. Автор: ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.5c14404

Команда под руководством профессора Сынбума Хона использовала атомно-силовой микроскоп (АСМ) в бесконтактном режиме. Учёные смогли естественным образом сформировать нанокапли, осторожно охладив поверхность, и зафиксировать их первоначальную форму, не деформируя хрупкие структуры. На основе полученных изображений они впервые смогли точно рассчитать краевой угол смачивания для капель такого масштаба.

Эта технология позволяет визуально подтвердить, как капли воды прилипают к поверхности и отрываются от неё. Это имеет решающее значение для многих передовых областей. Например, в катализаторах для производства водорода быстрый отрыв пузырьков газа от поверхности ускоряет реакцию. В производстве полупроводников равномерность нанесения или высыхания жидкостей определяет качество всего процесса.

Применив метод к сегнетоэлектрическому материалу — танталату лития, — учёные впервые обнаружили, что краевой угол нанокапли меняется в зависимости от направления электрической поляризации материала. Этот эффект не проявляется при работе с крупными каплями, что доказывает высокую чувствительность нанокапель к электрическому состоянию поверхности.

Технология также была успешно опробована на катализаторе электролиза воды для производства водорода. Наблюдение за поведением единичной нанокапли помогает понять, как вода реагирует на поверхности катализатора, и проанализировать его эффективность.

«Это исследование — важный пример того, как атомно-силовой микроскоп можно использовать для прямой визуализации наноразмерных капель воды и даже измерения краевого угла. Возможность наблюдать поведение капель воды в наномире, который раньше был невидим, установит эту технологию как ключевой метод анализа для разработки материалов нового поколения для энергетики и электроники», — заявил профессор Сынбум Хон.

Исследование с участием аспиранта Уичана Чона в качестве первого автора было опубликовано в журнале ACS Applied Materials and Interfaces. Разработка открывает новые горизонты для оптимизации технологий в области топливных элементов, аккумуляторов и «зелёного» водорода.