участие в конкурсах учебно - исследовательских работ выполненных учащимися

Эффект лотоса

Автор: Балаева Елизавета Михайловна, ученица 10 класса МКОУ СОШ пгт. Зарубино.

Научный руководитель: Бернацкая Евгения Владимировна, учитель физики МКОУ СОШ пгт.

Актуальность

Посёлок Зарубино, в котором я живу, расположен на берегу залива Посьета Японского моря, на полуострове. Климат умеренный муссонный. Летом выпадает около 70% годового количества осадков. С конца июня возможны обильные осадки и штормовые ветры. Из-за большой влажности воздуха (70-80%) возникает проблема разрушения и гниения различных сооружений. В связи с этим, я решила изучить физико–химические свойства «Эффекта Лотоса», для сохранения и очищения построек, сооружений.

«Эффект лотоса» является одним из самых известных явлений, которое связывают с практическим использованием и развитием нанотехнологий. [5. стр. 15]

Эти разработки могут быть использованы и в быту, промышленности, и даже в медицине.

Мне хотелось подробнее изучить данный эффект, потому что в будущем это может быть полезным для человечества.

Цель: Объяснить «Эффект лотоса» на основе свойств поверхности и определить где можно эти свойства использовать в технике и наблюдать в природе.

Задачи:

1. Сбор литературы о теории явления.
2. Изучение причин гидрофобности и гидрофильности поверхности, сравнение с «Эффектом лотоса», физическое и физико-химическое обоснование явления.
3. Поиск проявлений «Эффекта лотоса» в живой и неживой природе.
4. Получение образцов с «Эффектом лотоса».
5. Исследование смачиваемости образцов в статическом и динамическом режиме.      
6. Анализ возможностей практического использования явления в соответствии с полученными экспериментальными и литературными данными.

Объекты исследования: Воск, стекло, бумага, вода, поверхности разных типов, краска с эффектом лотоса

Сроки проведения исследования: ноябрь 2016 – март 2017.

В основу понятия «Эффекта Лотоса» входит три физических явления:

1. Смачивание - явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел. [4. стр. 10]
2. Пове́рхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз. [7. стр. 14]
3. Капиллярность — явление подъема или опускания жидкости в капиллярах. [3. стр. 20]

Для исследования данной темы было проведено несколько практических работ:

Опыт 1.

Цель: Выявить зависимость явления смачиваемости от капиллярности.

В ходе работы взяли две полоски бумаги. Растопили воск, опустили в него одну полоску, высушили. Капнули на полоски окрашенную воду, сравнили.

Вывод: Полоска №1 намокла за счет капилляров в ней. Полоска бумаги №2, предварительно опущенная в воск, осталась сухой, так как воск закрыл капилляры и не пропустил воду.

Опыт 2.

Цель: выявить, как смачиваемость поверхности зависит от угла наклона капли к поверхности.

Взяли две полоски бумаги, спрей «Salton защита от влаги» для обуви, которым обработали полоску №2. Капнули на полоски №1, №2 воду под разными углами.

Вывод: Из практической работы видно, что смачиваимость поверхности зависит от угла между поверхностью и направления движения капли. Чем больше угол, тем больше процент смачиваемости поверхности.

Опыт 3.

Цель: Пронаблюдать поверхностное натяжение

Взяли иглу и опустили в спирт, затем в масло. Аккуратно пинцетом положили иглу на «пленку» воды.

Вывод: Иголка не тонет в воде, а лежит на поверхности благодаря поверхностному натяжению воды. Это происходит потому, что молекулы масла не поляризованы, а вода отталкивает такие молекулы. [2. стр. 6]

Опыт 4.

Цель: выявить, как ведут себя капли воды на несмачиваемой поверхности.

Взяли два предметных стекла, одно из которых покрыли спреем, действие которого приблизительно воспроизводит «эффект лотоса». На каждое стекло капнули подкрашенную воду.

Вывод: На необработанном стекле вода растеклась. На обработанном стекле капли воды собрались и не растекались. [1. стр. 5]

Заключение

«Эффект лотоса» – уникальное природное свойство цветка, которое ученые пытаются копировать и небезуспешно. Возможно, вскоре такие покрытия заменят множество привычных.

В ходе работы я изучила литературу, посвященную «Эффекту лотоса». Выяснила причину несмачиваемости некоторых поверхностей. Рассмотрела, где встречается «Эффект лотоса» в природе, в быту. Попробовала создать различными способами гидрофобные покрытия в домашних условиях, получила несмачиваемые поверхности при помощи гидрофобных материалов. [8. стр. 7]

Мне удалось выяснить причину несмачиваемости некоторых поверхностей. Этот эффект обусловлен наличием на поверхности мельчайших наночастиц, благодаря которым жидкость не задерживается на поверхности, а стекает, увлекая за собой и загрязнения. [6. стр. 3]

По результатам проведенного анализа собранной информации пришла к выводу, что использование «эффекта лотоса» значительно поможет развитию нанотехнологий, увеличит срок эксплуатации различных поверхностей, поможет уменьшить расходы на их восстановление. [9. стр. 2]

Литература:

2.        Абрамян А.А., Балабанов В.И. «Основы прикладной нанотехнологии»,  Москва, МА-ГИСТР-ПРЕСС, 2007. – 208 с.

3.        Азбель А. А., Илюшин Л. С. , «Тетрадь кейсовых  практик: опыт самостоятельных ис-следований в 8-9 классах» — СПб: Школьная лига, 2014- - 42с

4.        Алфимова М.М. «Занимательные  нанотехнологии»,  Лаборатория знаний, Издательство: БИНОМ, Москва 2011 – 96с

5.        Балабанов В.И.,  «Нанотехнологии. Правда и вымысел», Москва,  Издательство: Эксмо Серия, 2010г- 384с.

6.        Балабанов В.И. «Нанотехнологии. Наука будущего» ,  Эксмо, 2009г. – 256с.

7.        Богданов К.Ю. «Что могут нанотехнологии?», Москва, просвещение, Серия – Всё это НАНО, 2009г.- 96с.

8.        Озерянский В.А. «Познаем наномир: простые эксперименты.», БИНОМ, Лаборатория знаний, 2016г – 158 с.

9.        Свидиненко Ю. «Нанотехнологии в нашей жизни», ж. «Наука и жизнь» № 7, 2005г. – 2с