Study and control of drop motion on inclined surfaces

Questa tesi raccoglie una serie di lavori sperimentali che si collocano nell'ambito della microfluidica aperta e dei fenomeni interfacciali di bagnamento e fondamentalmente studiano il comportamento di gocce depositate su superfici. Lo scopo principale di questo tipo di ricerca è lo sviluppo di superfici che presentino proprietà particolari, come ad esempio superfici autopulenti, antinebbia o antiriflesso, o di tecniche di manipolazione di gocce finalizzate ad applicazioni nel campo biologico o chimico. In particolare questo lavoro considera metodi attivi e passivi atti a controllare sia la statica che la dinamica di gocce poste su superfici inclinate e quindi soggette ad una forza esterna costante, la forza di gravità. Tra le tecniche passive basate sull'utilizzo di superfici strutturate sono state studiate le proprietà di adesione di superfici polimeriche geometricamente nano/microstrutturate. Inoltre, campioni chimicamente eterogenei formati da regioni idrofiliche e idrofobiche di geometria diversa (strisce, quadrati, triangoli) si sono dimostrati uno strumento efficace per la regolazione passiva della velocità di scivolamento delle gocce. Questo tipo di superfici può influire non solo sulla velocità, ma anche sulla traiettoria della goccia. Per analizzare più nel dettaglio come si può deviare una goccia è stato studiato lo scivolamento su una superficie formata da due sole regioni di diversa bagnabilità, cioè una sorta di gradino chimico. D'altra parte, un controllo attivo implica l'applicazione di un campo esterno, ad esempio elettrico, magnetico o acustico. Come tecnica attiva in questa tesi è stata considerata l'applicazione di vibrazioni asimmetriche del substrato, capaci di indurre comportamenti dinamici interessanti e sorprendenti: piccole goccioline poste su un piano inclinato che oscilla verticalmente possono non solo rimanere ferme o scivolare, ma addirittura risalire contro la forza di gravità. Anche se la maggioranza di questi esperimenti riguarda liquidi ordinari, in particolare acqua e soluzioni acquose, una parte della ricerca è stata dedicata allo scivolamento di fluidi complessi, più precisamente soluzioni polimeriche, caratterizzati da proprietà reologiche (ad esempio viscosità o effetti elastici) che dipendono dallo sforzo applicato sul fluido.