Koralik jonowymiennik pisze pod wodą – Świat Fizyki

Pisanie wymaga podłoża, takiego jak glina lub papier, aby utrwalić zapisane linie i litery. Wykonanie tego samego w cieczy takiej jak woda nie jest możliwe, ponieważ ruch pisaka tworzy turbulencje, które szybko eliminują smugi atramentu. Zasadniczo można usunąć te turbulencje za pomocą bardzo małego pisaka, ponieważ mniejsze poruszające się obiekty tworzą mniej wirów, ale nawet mały długopis wymagałby znacznego zbiornika atramentu, niwelując jakąkolwiek przewagę wielkości. Wydaje się, że pisanie na wodzie jest skazane na porażkę.

Albo to jest? Naukowcy pod przewodnictwem Tomasza Palberga Niemiec Uniwersytet Johannesa w Moguncji (JGU) opracowali teraz zupełnie nową technikę pisania na wodzie, która polega na umieszczeniu „atramentu” bezpośrednio w wodzie i użyciu koralika o średnicy 20–50 mikronów jako „pióra”. Ta kulka jest zbyt mała, aby wytworzyć jakiekolwiek wiry, wyjaśnia Palberg, i jest wykonana z żywicy jonowymiennej, która zmienia lokalną wartość pH wody, przyciągając w ten sposób osadzone cząsteczki koloidalne – atrament – ​​na swoich ścieżkach. Nową technikę można zastosować do rysowania i modelowania płynów aż do mikroskali.

Żadnych zawirowań

W ich podejściu, szczegółowo opisanym w Małybadacze przetoczyli koralik po dnie wanny wodnej. Gdy kulka się porusza, zamienia pozostałe w wodzie kationy na protony, śledząc w ten sposób niewidoczny ślad niższego pH cieczy. Ścieżka ta przyciąga (drobno rozproszone) cząsteczki atramentu dzięki zjawisku zwanemu przepływem dyfuzyjno-osmotycznym lub forezą. W ten sposób cząstki gromadzą się na ścieżce wyznaczonej przez koralik. Rezultat: cienka linia o szerokości zaledwie kilkudziesięciu mikronów wyznaczająca obszar o najniższej wartości pH.

Chociaż powstałe w ten sposób linie nie są trwałe, Palberg twierdzi, że są trwałe. „Ponieważ nie powstają żadne zawirowania, dyspersja cząstek atramentu ma charakter wyłącznie dyfuzyjny, a zatem jest bardzo powolna” – wyjaśnia.

Aby utworzyć odstępy między liniami, zespół po prostu włączał i wyłączał proces wymiany jonowej za pomocą światła laserowego. Tworzenie zakrzywionych kształtów, takich jak litery, jest nieco trudniejsze, ponieważ łaźnię wodną należy przechylić, aby koralik poruszał się pod wpływem grawitacji. „Podczas pierwszych prób przesuwaliśmy łaźnię wodną ręcznie, ale od tego czasu zbudowaliśmy w tym celu programowalny stopień” – mówi Palberg.

„Nie istnieje żadna inna technika pozwalająca na produkcję linek swobodnie podwieszanych i konfigurowalnych” – dodaje. „Wszystkie znane dziś metody opierają się na stałych podłożach, które utrwalają atrament osadzony w zbiorniku”.

Na krzepnących stopach metali tworzą się wzory „pasków zebry”.

Według symulacji matematycznych badaczy podejście to ma charakter ogólny i dlatego można je stosować w różnych formach. „Oprócz koralików wykonanych z żywic jonowymiennych można zastosować „długopisy” składające się z cząstek, które można podgrzać za pomocą laserów, a nawet indywidualnie sterowane mikropływaki” – mówi członek zespołu Benno Liebchena, fizyk materii miękkiej w TU Darmstadt, Niemcy. „Mogłoby to nawet pozwolić na szerokie równoległe zapisywanie struktur w wodzie. Dlatego mechanizm ten można również wykorzystać do generowania bardzo złożonych wzorców gęstości w płynach”.

Zespół twierdzi, że jest teraz zajęty udoskonalaniem swojej techniki i odkrywaniem sposobów tworzenia wzorów na większych, centymetrowych obszarach.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/ion-exchange-bead-writes-under-water/