이온 교환 비드는 물 속에서 씁니다 – Physics World

글을 쓰려면 쓰여진 선과 문자를 제자리에 고정하기 위해 점토나 종이와 같은 바탕이 필요합니다. 물과 같은 액체에서는 동일한 작업을 수행하는 것이 불가능합니다. 펜의 움직임으로 인해 난류가 발생하여 잉크 자국이 빠르게 사라지기 때문입니다. 원칙적으로 움직이는 물체가 작을수록 소용돌이가 더 적게 생성되므로 매우 작은 펜을 사용하여 이러한 난류를 제거할 수 있지만 작은 펜이라도 상당한 양의 잉크 저장소가 필요하므로 크기 이점이 상쇄됩니다. 물 쓰기는 실패할 운명인 것 같습니다.

아니면 그럴까요? 연구진이 이끄는 토마스 팔버그 독일의 요하네스 대학교 마인츠(JGU) 이제 "잉크"를 물에 직접 넣고 직경 20-50 마이크론의 구슬을 "펜"으로 사용하는 완전히 새로운 물 쓰기 기술을 개발했습니다. Palberg는 이 구슬이 너무 작아 소용돌이를 생성할 수 없으며 물의 국지적 pH 값을 변경하는 이온 교환 수지로 만들어져 침전된 콜로이드 입자(잉크)를 궤도로 끌어당긴다고 설명합니다. 새로운 기술은 유체를 마이크로 스케일까지 그리고 패턴화하는 데 사용될 수 있습니다.

소용돌이 없음

그들의 접근 방식에서는 작은, 연구자들은 수조 바닥을 가로질러 구슬을 굴렸습니다. 구슬이 움직일 때 물 속의 잔류 양이온을 양성자와 교환하여 액체의 낮은 pH에 대한 보이지 않는 흔적을 추적합니다. 이 트랙은 확산-삼투 흐름 또는 포레시스라고 알려진 현상 ​​덕분에 (미세하게 분산된) 잉크 입자를 끌어당깁니다. 따라서 입자는 비드로 표시된 경로에 쌓입니다. 그 결과, 가장 낮은 pH 값의 영역을 표시하는 폭이 수십 미크론에 불과한 미세한 선이 나타납니다.

이렇게 생산된 라인은 영구적이지는 않지만 내구성이 있다고 Palberg는 말합니다. "소용돌이가 생성되지 않기 때문에 잉크 입자 분산은 순전히 확산되므로 매우 느립니다."라고 그는 설명합니다.

라인 사이에 공간을 만들기 위해 팀은 레이저 광을 사용하여 이온 교환 과정을 켜고 끌 수 있었습니다. 글자와 같은 곡선 모양을 만드는 것은 중력의 영향으로 구슬이 움직이게 하려면 수조를 기울여야 하기 때문에 다소 까다롭습니다. "첫 번째 시도에서 우리는 수조를 손으로 옮겼지만 이후 이를 위해 프로그래밍 가능한 스테이지를 구축했습니다."라고 Palberg는 말합니다.

“자유롭게 매달리고 재구성 가능한 라인을 생산하는 다른 기술은 존재하지 않습니다.”라고 그는 덧붙입니다. "오늘날 알려진 모든 방법은 저장소에서 침전된 잉크를 고정하기 위해 고체 기판에 의존합니다."

금속 합금이 응고되면서 '얼룩말 줄무늬' 패턴이 형성됨

연구자들의 수학적 시뮬레이션에 따르면, 이 접근 방식은 일반적이므로 다양한 형태로 사용될 수 있습니다. "이온 교환 수지로 만든 구슬 외에도 레이저로 가열할 수 있는 입자로 구성된 '펜'을 사용할 수도 있고 개별적으로 조종할 수 있는 마이크로 스위머도 사용할 수 있습니다."라고 팀원은 말합니다. 베노 리프첸, 연성물질 물리학자 TU 다름슈타트, 독일. “이를 통해 물 속에서 구조물을 광범위하게 병렬적으로 작성할 수도 있습니다. 따라서 이 메커니즘은 유체에서 매우 복잡한 밀도 패턴을 생성하는 데에도 사용될 수 있습니다.”

팀은 현재 기술을 개선하고 더 큰 규모, 센티미터 크기의 영역에 걸쳐 패턴을 만드는 방법을 탐색하는 데 바쁘다고 말합니다.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/ion-exchange-bead-writes-under-water/