आयन-एक्सचेंज मनका पानी के नीचे लिखता है - भौतिकी विश्व

आयन-एक्सचेंज मनका पानी के नीचे लिखता है - भौतिकी विश्व

समय टिकट: 9 अक्टूबर, 2023 9:00 पूर्वाह्न

आकृतियों और अक्षरों सहित पानी में खींची गई छवियों का चयन
जल लेखन: जैसे ही मनका चलता है, यह प्रोटॉन के लिए पानी में अवशिष्ट धनायनों का आदान-प्रदान करता है, और इस प्रकार तरल में कम पीएच के एक अदृश्य ट्रैक का पता लगाता है। रैखिक तराजू: 250 µm. (सौजन्य: बीमार/©: थॉमस पालबर्ग, बेन्नो लिबचेन)

लेखन के लिए मिट्टी या कागज जैसे सब्सट्रेट की आवश्यकता होती है, ताकि लिखित पंक्तियों और अक्षरों को जगह पर रखा जा सके। पानी जैसे तरल पदार्थ में वही काम करना संभव नहीं है क्योंकि पेन की गति अशांति पैदा करती है जो स्याही के निशान को तुरंत मिटा देती है। सिद्धांत रूप में, आप एक बहुत छोटे पेन का उपयोग करके इस अशांति को दूर कर सकते हैं, क्योंकि छोटी चलती वस्तुएं कम भंवर पैदा करती हैं, लेकिन एक छोटे पेन के लिए भी स्याही के पर्याप्त भंडार की आवश्यकता होगी, जो किसी भी आकार के लाभ को रद्द कर देगा। ऐसा लगता है कि जल-लेखन विफल होने के लिए अभिशप्त है।

या यह है? शोधकर्ताओं के नेतृत्व में थॉमस पालबर्ग जर्मनी का जोहान्स यूनिवर्सिटी मेंज़ (JGU) अब एक पूरी तरह से नई जल-लेखन तकनीक विकसित की है जिसमें "स्याही" को सीधे पानी में डालना और "पेन" के रूप में 20-50 माइक्रोन व्यास वाले मनके का उपयोग करना शामिल है। पालबर्ग बताते हैं कि यह मनका किसी भी भंवर को उत्पन्न करने के लिए बहुत छोटा है, और यह एक आयन-एक्सचेंज राल से बना है जो पानी के स्थानीय पीएच मान को बदल देता है, जिससे तलछट कोलाइडल कण - स्याही - अपनी पटरियों पर आकर्षित होते हैं। नई तकनीक का उपयोग तरल पदार्थों को सूक्ष्म स्तर तक खींचने और पैटर्न बनाने के लिए किया जा सकता है।

कोई चक्कर नहीं

उनके दृष्टिकोण में, जिसका विवरण दिया गया है छोटा, शोधकर्ताओं ने मनके को पानी के स्नान के आधार पर घुमाया। जैसे ही मनका चलता है, यह प्रोटॉन के लिए पानी में अवशिष्ट धनायनों का आदान-प्रदान करता है, और इस प्रकार तरल में कम पीएच के एक अदृश्य ट्रैक का पता लगाता है। यह ट्रैक प्रसार-आसमाटिक प्रवाह, या फ़ोरेसिस नामक घटना के कारण (बारीक रूप से बिखरे हुए) स्याही कणों को आकर्षित करता है। इस प्रकार कण मनके द्वारा चिह्नित पथ में बनते हैं। परिणाम: न्यूनतम पीएच मान के क्षेत्र को चिह्नित करने वाली केवल कुछ दसियों माइक्रोन चौड़ी एक महीन रेखा।

हालाँकि इस प्रकार निर्मित लाइनें स्थायी नहीं हैं, पालबर्ग का कहना है कि वे टिकाऊ हैं। "चूंकि कोई भंवर उत्पन्न नहीं होता है, स्याही-कण का फैलाव पूरी तरह से फैलता है और इस प्रकार बहुत धीमा होता है," वह बताते हैं।

लाइनों के बीच रिक्त स्थान बनाने के लिए, टीम ने बस लेजर प्रकाश का उपयोग करके आयन-विनिमय प्रक्रिया को चालू और बंद कर दिया। अक्षरों जैसी घुमावदार आकृतियाँ बनाना कुछ हद तक पेचीदा है, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के तहत मनका को हिलाने के लिए पानी के स्नान को झुकाया जाना चाहिए। पालबर्ग कहते हैं, "हमारे पहले प्रयासों के दौरान, हमने पानी के स्नान को हाथ से आगे बढ़ाया, लेकिन हमने ऐसा करने के लिए एक प्रोग्राम योग्य चरण का निर्माण किया है।"

उन्होंने आगे कहा, "स्वतंत्र रूप से निलंबित और पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य लाइनें बनाने की ऐसी कोई अन्य तकनीक मौजूद नहीं है।" "आज सभी ज्ञात विधियाँ जलाशय से जमा स्याही को ठीक करने के लिए ठोस सब्सट्रेट्स पर निर्भर करती हैं।"

शोधकर्ताओं के गणितीय सिमुलेशन के अनुसार, दृष्टिकोण सामान्य है और इस प्रकार इसे विभिन्न रूपों में नियोजित किया जा सकता है। टीम के सदस्य का कहना है, "आयन-एक्सचेंज रेजिन से बने मोतियों के अलावा, लेज़रों द्वारा गर्म किए जा सकने वाले कणों से युक्त 'पेन' या यहां तक ​​कि व्यक्तिगत रूप से चलाने योग्य माइक्रोस्विमर का भी उपयोग किया जा सकता है।" बेन्नो लिबचेन, एक नरम पदार्थ भौतिक विज्ञानी टीयू डार्मस्टेड, जर्मनी. “यह पानी में संरचनाओं के व्यापक समानांतर लेखन की भी अनुमति दे सकता है। इसलिए, तंत्र का उपयोग तरल पदार्थों में अत्यधिक जटिल घनत्व पैटर्न उत्पन्न करने के लिए भी किया जा सकता है।

टीम का कहना है कि वह अब अपनी तकनीक को परिष्कृत करने और बड़े पैमाने पर, सेंटीमीटर आकार के क्षेत्रों में पैटर्न बनाने के तरीके तलाशने में व्यस्त है।

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