Paradoks liści herbaty Einsteina może pomóc w produkcji aerożeli – Świat Fizyki

Jeśli mieszasz roztwór koloidalny zawierający nanocząstki, możesz spodziewać się równomiernego rozproszenia cząstek w cieczy. Ale tak się nie dzieje. Zamiast tego cząsteczki skupiają się w określonym obszarze i mogą nawet zlepiać się ze sobą. Ten nieoczekiwany wynik jest przykładem paradoksu liści herbaty Einsteina, a naukowcy z Uniwersytetu Tongji w Chinach, którzy odkryli go – zupełnie przez przypadek – twierdzą, że można go wykorzystać do zbierania cząstek lub cząsteczek w celu wykrycia w rozcieńczonym roztworze. Co ważne, można by z niego również wytwarzać aerożele do zastosowań technologicznych.

Płyn zazwyczaj mieszamy, aby równomiernie rozprowadzić w nim zawarte substancje. Zjawisko znane jako paradoks liści herbaty Einsteina opisuje odwrotny efekt, w którym liście dobrze wymieszanej herbaty zamiast tego skupiają się w obszarze w kształcie pączka i gromadzą się na dnie, pośrodku filiżanki po zakończeniu mieszania. Choć paradoks ten jest znany od ponad 100 lat i uważa się, że jest on spowodowany efektem przepływu wtórnego, istnieje niewiele badań dotyczących jego manifestacji w przypadku nanocząstek w mieszanym roztworze.

Płynne „wyciskanie”

Naukowcy pod kierunkiem Ai Du ze Szkoły Nauk Fizycznych i Inżynierii przy ul Tongji University w Szanghaju symulowali teraz ruch kulek nanocząstek złota rozproszonych w wodzie podczas mieszania roztworu. Kiedy obliczyli rozkład prędkości przepływu płynu, odkryli, że prędkość, z jaką poruszają się cząstki, wydaje się podążać za prędkością przepływu płynu.

„Co ciekawe, dzieląc cały pojemnik na kilka sektorów, zaobserwowaliśmy również, że obszar o dużej prędkości napędzany przez mieszadło był również obszarem, w którym gromadziły się cząstki” – wyjaśnia Du. „Uważamy, że zjawisko to jest prawdopodobnie spowodowane bezpośrednim „ściskaniem” cieczy wytwarzanej przez mieszadło i wynika z różnic masowych pomiędzy nanocząstkami a fazą ciekłą”.

Du twierdzi, że on i jego koledzy odkryli ten efekt zupełnie przez przypadek – dzięki paczce liści herbaty Longjing, którą Du otrzymał od przyjaciela w prezencie. „Piję tę herbatę w moim biurze prawie każdego dnia roboczego” – wspomina Du. „W Chinach mamy wiele różnych sposobów parzenia herbaty, ale ja wybrałem najprostszą metodę – czyli dodanie gorącej wody do kubka zawierającego sypką herbatę. O ile naprawdę lubię chwilę podwieczorku, o tyle czyszczenie kubka jest mniej przyjemne. Nie można wrzucać liści herbaty bezpośrednio do zlewu, bo zatkałoby to odpływy, więc dolewam trochę wody do kubka i szybko wylewam zawartość do kosza na herbatę z siateczką. Muszę powtórzyć ten proces kilka razy, ponieważ niektóre liście herbaty zawsze przyklejają się do wewnętrznej powierzchni kubka. To strata wody i mojego czasu.

„Pewnego dnia przypomniałem sobie paradoks liści herbaty Einsteina” – opowiada Świat Fizyki”, „więc spróbowałem obracać mieszaninę liści herbaty i wody, szybko obracając kubek. W ten sposób udało mi się za jednym razem pozbyć wszystkich liści i wody.”

Przyspieszenie żelowania

Du rozmawiał o tym epizodzie – i związanej z nim teorii – z jednym ze swoich doktorantów, Zehui Zhangiem, który przez przypadek miał problemy z eksperymentem, w którym próbował przygotować aerożele ze złota o wysokiej czystości poprzez rozproszenie nanocząstek złota w wodny roztwór chloru. Zhang wybrał prostą technikę przygotowania aerożelu, która nie zawierała żadnych środków powierzchniowo czynnych, ale takie podejście oznaczało, że musiał czekać prawie tydzień, aż nanocząsteczki złota opadną. Ogrzewanie roztworu również nie przyspieszyło znacząco agregacji.

Mieszanina koloidalna występuje jednocześnie w maksymalnie sześciu fazach

„Odkrył, że mieszając roztwór, żelowanie następuje w ciągu zaledwie 20 minut” – mówi Du. „Omówiliśmy mechanizm i doszliśmy do wniosku, że prawdopodobnie był on spowodowany paradoksem liści herbaty Einsteina. To skłoniło nas do bardziej szczegółowego zbadania efektu”.

Du twierdzi, że nowa metoda jest szczegółowo opisana w Postępy nauki, mógłby w przyszłości pomóc w wytwarzaniu innych aerożeli, a on i jego koledzy rozpoczęli już przygotowywanie różnych rodzajów aerożeli metalicznych i tlenkowych, aby przetestować ich technikę. „Efekt zlokalizowanego stężenia w przepływie laminarnym można również wykorzystać do zbierania cząstek lub cząsteczek z rozcieńczonego roztworu, co można wykorzystać do wykrywania śladów w naukach przyrodniczych i inżynierii środowiska” – mówi.

• 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/einsteins-tea-leaf-paradox-could-help-make-aerogels/