A Marangoni-hatás, vagy Marangoni-áramlás a folyadékok felületi feszültségével kapcsolatos jelenség, amit a 19. századi olasz fizikusról, Carlo Marangoniról kapta nevét. Marangoni alaposan tanulmányozta az egyébként már korábban is ismert effektust, és felfedezte, hogy az áramlás akkor jön létre, mikor különböző felületi feszültségű folyadékok kerülnek egymás mellé, és az egymásra való hatásuk megváltoztatja a molekuláik viselkedését.

"Ha egy felület különböző pontjain különböző a hőmérséklet vagy az összetétel, akkor különböző lesz a felületi feszültség is."

- magyarázzák a BME munkatársai a Járműanyagokban. Az ilyen rendszerben beindul egy speciális folyamat, aminek során a rendszer a nagy felületi feszültségű felületrészt lecseréli az alacsonyabb felületi feszültségű felületrésszel, vagyis a folyadék felülete mentén irányított áramlás indul el az alacsonyabb felületi feszültségű felületrész felől a magasabb felületi feszültségű felületrész felé. A Marangoni-hatás egyáltalán nem ritka jelenség, többek között a szappan és víz találkozáskor vagy az úgynevezett "bor könnyei" vagy "borlábak" kialakulásakor is észlelhető.

Ezt a hatást pedig ki lehet aknázni akár kisebb tárgyak meghajtására is. A Harvard Egyetem és az Amszterdami Egyetem kutatói 'marangoni hullámlovasoknak', illetve 'aktív Cheeriosoknak' nevezett eszközöket készítettek, amelyek különösen hatékony, és bonyolult hajtóműrendszer nélküli megoldást jelentenek a folyadékok felszínén közlekedő miniatűr járművek építésének terén. Az apró eszközöket egyszerűségük miatt nem robotoknak, hanem önmeghajtású részecskéknek hívják a kutatók, akik a lágy robotikai fejlesztések és folyadékdinamikai kutatások területén szerzett tapasztalataikat használták fel a kísérlet során. A 3D-nyomtatással készült, körülbelül egy centiméter átmérőjű hullámlovasokat vodka tartja mozgásban, amelyet egy tartályból enged ki az eszköz a vízbe. Mivel a vodka és a víz felületi feszültsége eltér, az alacsonyabb felületi feszültségű folyadék (vodka) segíti a korong alakú platformokat a haladásban. Az eszközök sebessége a tesztek során a 6 cm/s tempót is elérte a New Scientist beszámolója szerint.

A kutatók az újszerű meghajtási mód mellett a platformok flottában való működését is vizsgálták, ehhez egy másik effektust, a Cheerios-hatást hívták segítségül. A Cheerios-hatást a Nestlé által forgalmazott, „O” alakú gabonakarikákat tartalmazó gabonapehelyről nevezték el, mivel a tejbe szórt karikák összetapadása az egyik leggyakrabban megfigyelhető megnyilvánulása az effektusnak. A pelyhek, ha már csak kevés van belőlük, egymás mellé úsznak a tálban, és a tál közepén, vagy a szélén gyülekeznek. Ezt a viselkedést a gravitáció és a felületi feszültség interakciója alakítja.

"Az apró tárgyak, mint a Cheerios pelyhek, nem elég nehezek ahhoz, hogy megtörjék a tej felületi feszültségét, ezért lebegnek.

A tömegük azonban kis bemélyedéseket hagy a felszíni rétegen. Amikor egy Cheerios mélyedése elég közel ér egy másikhoz, egymásba zuhannak, a mélyedések összeolvadnak, míg végül csoportosulásokat hoznak létre a tej felszínén." - írja közleményében a Brown Egyetem, amelynek munkatársai a hatást részletesen feltérképezték 2019-es tanulmányukban.

A Cheerios-hatás a marangoni hullámlovasok esetében az eszközök interakciójáért felelős, aminek következtében a platformok maguktól, külső irányítás nélkül közelebb kerülnek egymáshoz. Az eszközöket egyelőre csak kísérletezés céljából használták a kutatók, de a későbbiekben többféle alkalmazási területet is vizionálnak számukra, például olyan robotokat alkothatnak belőlük, amelyek segítenek az olajfoltok eltávolításában az óceánokban, vagy gyógyszereket szállíthatnak terápiás kezelések során.

(Fotó: A_Different_Perspective/Pixabay, UCLA/Peter Thoeny)

Olyan folyadékot készítettek a Harvardon, ami newtoni és nemnewtoni módon is viselkedik A metafolyadékban apró gömbök vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy a folyadék változtassa a tulajdonságait.