Scrie sub apă cu mărgele schimbătoare de ioni – Physics World

Scrierea necesită un substrat, cum ar fi argila sau hârtia, pentru a fixa liniile scrise și literele la locul lor. A face același lucru într-un lichid precum apa nu este posibil, deoarece mișcarea stiloului creează turbulențe care eradica rapid urmele de cerneală. În principiu, puteți elimina această turbulență folosind un stilou foarte mic, deoarece obiectele mai mici în mișcare creează mai puține vârtejuri, dar chiar și un stilou mic ar necesita un rezervor substanțial de cerneală, anulând orice avantaj de dimensiune. Scrisul în apă, se pare, este sortit eșecului.

Sau este? Cercetătorii conduși de Thomas Palberg ale Germaniei Universitatea Johannes Mainz (JGU) au dezvoltat acum o tehnică complet nouă de scriere în apă, care implică introducerea „cernelii” direct în apă și utilizarea unei mărgele cu diametrul de 20-50 microni drept „pen”. Această perlă este prea mică pentru a genera vârtejuri, explică Palberg, și este făcută dintr-o rășină schimbătoare de ioni care modifică valoarea pH-ului local a apei, atrăgând astfel particulele coloidale sedimentate - cerneala - pe urmele sale. Noua tehnică ar putea fi folosită pentru desenarea și modelarea fluidelor până la microscara.

Fără vârtejuri

În abordarea lor, care este detaliată în Mic, cercetătorii au rostogolit mărgele peste baza unei băi de apă. Pe măsură ce mărgele se mișcă, schimbă cationii reziduali din apă cu protoni și, astfel, urmărește o urmă invizibilă a pH-ului mai scăzut în lichid. Această pistă atrage particulele de cerneală (fin dispersate) datorită unui fenomen cunoscut sub numele de flux de difuzie-osmotic sau foreză. Particulele se acumulează astfel pe traseul marcat de mărgele. Rezultatul: o linie fină care măsoară doar câteva zeci de microni lățime care delimitează zona cu cea mai mică valoare a pH-ului.

Deși liniile astfel produse nu sunt permanente, Palberg spune că sunt durabile. „Deoarece nu sunt generate vârtejuri, dispersia particulelor de cerneală este pur difuzivă și, prin urmare, foarte lentă”, explică el.

Pentru a crea spații între linii, echipa pur și simplu a pornit și oprit procesul de schimb de ioni folosind lumina laser. Crearea de forme curbate, cum ar fi literele, este oarecum mai dificilă, deoarece baia de apă trebuie înclinată pentru a face ca mărgele să se miște sub efectul gravitației. „În timpul primelor noastre încercări, am mutat baia de apă cu mâna, dar de atunci am construit o etapă programabilă pentru a face acest lucru”, spune Palberg.

„Nu există nicio altă tehnică de acest gen pentru a produce linii liber suspendate și reconfigurabile”, adaugă el. „Toate metodele cunoscute astăzi se bazează pe substraturi solide pentru a fixa cerneala depusă dintr-un rezervor.”

Pe aliajele metalice care se solidifică, se formează modele „dungi zebră”.

Conform simulărilor matematice ale cercetătorilor, abordarea este generică și ar putea fi astfel utilizată într-o varietate de forme. „Pe lângă margele din rășini schimbătoare de ioni, ar putea fi folosite „pixuri” constând din particule care pot fi încălzite cu lasere sau chiar microînotători orientabili individual”, spune membrul echipei. Benno Liebchen, un fizician al materiei moale la TU Darmstadt, Germania. „Acest lucru ar putea permite chiar și scrierea paralelă extinsă a structurilor în apă. Prin urmare, mecanismul ar putea fi folosit și pentru a genera modele de densitate foarte complexe în fluide.”

Echipa spune că acum este ocupată să-și perfecționeze tehnica și să exploreze modalități de a crea modele pe suprafețe la scară mai mare, de dimensiuni centimetrice.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/ion-exchange-bead-writes-under-water/