ปรากฏการณ์น้ำกลิ้งบนใบบัว: ทฤษฎีและการประยุกต์ใช้เพื่อสร้างพื้นผิวที่ทำความสะอาดตัวเองได้

บทคัดย่อ

นักวิทยาศาสตร์นําเอาองค์ความรู้ที่ได้จากการศึกษาปรากฏการณ์น้ำกลิ้งบนใบบัว (lotus effect) มาพัฒนาพื้นผิวให้มีคุณสมบัติพิเศษโดยอาศัยการเลียนแบบพื้นผิวของใบบัว ทําให้ได้เป็นพื้นผิวที่ทําความสะอาดตัวเองได้ (self-cleaning surface) พื้นผิวดังกล่าวจะสามารถทําความสะอาดได้ง่ายและคงความสะอาดไว้ได้ยาวนานกว่าพื้นผิวทั่วไป หลักการพัฒนาพื้นผิวเลียนแบบใบบัวทําได้โดยทําให้พื้นผิวที่สนใจขรุขระและมีโครงสร้างไม่ชอบน้ำ ซึ่งสิ่งสกปรกจะมีพื้นที่สัมผัสกับพื้นผิวได้น้อยทําให้ไม่สามารถยึดเกาะบนพื้นผิวนั้นได้และจะหลุดติดไปกับหยดน้ำที่กลิ้งผ่าน พื้นผิวเลียนแบบใบบัวจะมีคุณสมบัติสะท้อนน้ำยิ่งยวด นั่นคือมีค่ามุมสัมผัสเชิงสถิตมากกว่า 150º และหยดน้ำต้องสามารถกลิ้งบนพื้นผิวด้วยมุมเอียงพื้นผิวน้อยกว่า 10º แบบจําลองเบื้องต้นที่ใช้อธิบายการเปียกผิวและมุมสัมผัสของหยดของเหลวบนพื้นผิวขรุขระได้แก่แบบจําลองของแคเซีย-แบ็กซ์เทอร์ (Cassie-Baxter’s model) ใช้สําหรับพื้นผิวที่มีช่องอากาศแทรกอยู่ในร่องความขรุขระภายใต้หยดของเหลว ส่วนแบบจําลองของเวนเซล (Wenzel’s model) ใช้สําหรับพื้นผิวขรุขระที่ไม่มีช่องอากาศ เมื่อเทียบระหว่างแบบจําลองทั้งสอง หยดน้ำที่อยู่ในสภาวะแคเซีย-แบ็กซ์เทอร์จะสามารถกลิ้งไปบนพื้นผิวได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตามมีการรายงานว่าหยดน้ำในสภาวะแคเซชีย-แบ็กซ์เทอร์สามารถเปลี่ยนไปสู่สภาวะเวนเซลได้ ปัจจุบันงานวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ทําความสะอาดตัวเองได้โดยการเลียนแบบผิวใบบัวถูกผลักดันสู่เชิงพาณิชย์อย่างกว้างขวาง และยังมีผู้ให้ความสนใจศึกษาพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของพื้นผิวดังกล่าวอย่างต่อเนื่อง