Conta de troca iônica escreve debaixo d’água – Physics World

A escrita requer um substrato, como argila ou papel, para fixar as linhas e letras escritas no lugar. Fazer a mesma coisa em um líquido como a água não é possível porque o movimento da caneta cria turbulência que erradica rapidamente os rastros de tinta. Em princípio, você poderia remover essa turbulência usando uma caneta bem pequena, já que objetos menores em movimento criam menos vórtices, mas mesmo uma caneta minúscula exigiria um reservatório substancial de tinta, anulando qualquer vantagem de tamanho. A escrita na água, ao que parece, está fadada ao fracasso.

Ou é? Pesquisadores liderados por Thomas Palberg da Alemanha Universidade Johannes Mainz (JGU) desenvolveram agora uma técnica completamente nova de escrita com água que envolve colocar a “tinta” diretamente na água e usar uma conta de 20-50 mícrons de diâmetro como “caneta”. Essa pérola é pequena demais para gerar vórtices, explica Palberg, e é feita de uma resina de troca iônica que altera o valor local do pH da água, atraindo assim partículas coloidais sedimentadas – a tinta – para seus rastros. A nova técnica poderia ser usada para desenhar e padronizar fluidos até a microescala.

Sem redemoinhos

Na sua abordagem, detalhada em Pequeno, os pesquisadores rolaram a conta na base de um banho-maria. À medida que a pérola se move, ela troca cátions residuais na água por prótons e, assim, traça uma trilha invisível de pH mais baixo no líquido. Esta trilha atrai as partículas de tinta (finamente dispersas) graças a um fenômeno conhecido como fluxo osmótico de difusão ou forese. As partículas acumulam-se assim no caminho marcado pela pérola. O resultado: uma linha fina medindo apenas algumas dezenas de mícrons de largura marcando a área com o valor de pH mais baixo.

Embora as linhas assim produzidas não sejam permanentes, Palberg diz que são duráveis. “Como não são gerados redemoinhos, a dispersão das partículas de tinta é puramente difusiva e, portanto, muito lenta”, explica ele.

Para criar espaços entre as linhas, a equipe simplesmente ligou e desligou o processo de troca iônica usando luz laser. Criar formas curvas, como letras, é um pouco mais complicado, pois o banho-maria deve ser inclinado para fazer o cordão se mover sob o efeito da gravidade. “Durante nossas primeiras tentativas, movemos o banho-maria manualmente, mas desde então construímos um estágio programável para fazer isso”, diz Palberg.

“Não existe outra técnica para produzir linhas livremente suspensas e reconfiguráveis”, acrescenta. “Todos os métodos conhecidos hoje dependem de substratos sólidos para fixar a tinta depositada em um reservatório.”

Padrões de 'faixa de zebra' se formam em ligas metálicas solidificadas

De acordo com as simulações matemáticas dos pesquisadores, a abordagem é genérica e poderia, portanto, ser empregada de diversas formas. “Além de contas feitas de resinas de troca iônica, poderiam ser empregadas ‘canetas’ compostas de partículas que podem ser aquecidas por lasers, ou até mesmo micronadadores orientáveis ​​individualmente”, diz o membro da equipe. Benno Liebchen, um físico de matéria mole da Universidade Técnica Darmstadt, Alemanha. “Isso poderia até permitir extensa escrita paralela de estruturas na água. Conseqüentemente, o mecanismo também poderia ser usado para gerar padrões de densidade altamente complexos em fluidos.”

A equipe diz que agora está ocupada refinando sua técnica e explorando maneiras de criar padrões em áreas de maior escala e com tamanho centimétrico.

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