Einstein'ın Çay Yaprağı Paradoksu Aerojel Yapımına Yardımcı Olabilir

Einstein'ın Çay Yaprağı Paradoksu Aerojel Yapımına Yardımcı Olabilir

Zaman Damgası: 11 Ekim 2023 9:40

Metal bir kapta amber-kahverengi sıvıyı çalkalayan beyaz plastik karıştırıcıyı gösteren fotoğraf
Bu çay değil ama paradoks hala geçerli: Altın nanoparçacıklarının sulu bir klor çözeltisi içinde dağıtılması. (Nezaket: Ai Du)

Nano parçacıklar içeren koloidal bir çözeltiyi karıştırırsanız parçacıkların sıvı içinde eşit şekilde dağılmasını bekleyebilirsiniz. Ama olan bu değil. Bunun yerine parçacıklar belirli bir bölgede yoğunlaşır ve hatta bir araya toplanabilir. Bu beklenmedik sonuç, Einstein'ın çay yaprağı paradoksunun bir örneğidir ve Çin'deki Tongji Üniversitesi'nde bunu -tamamen tesadüfen- keşfeden araştırmacılar, bunun, seyreltik bir çözeltide tespit edilmek üzere parçacıkları veya molekülleri toplamak için kullanılabileceğini söylüyorlar. Daha da önemlisi, teknolojik uygulamalara yönelik aerojel yapımında da kullanılabilir.

Genellikle bir sıvıyı içindeki maddeleri eşit şekilde dağıtmak için karıştırırız. Einstein'ın çay yaprağı paradoksu olarak bilinen fenomen, iyi karıştırılmış bir çay fincanındaki yaprakların çörek şeklindeki bir alanda yoğunlaştığı ve karıştırma sona erdiğinde fincanın alt merkezinde toplandığı ters etkiyi tanımlar. Bu paradoksun 100 yılı aşkın bir süredir bilinmesine ve ikincil akış etkisinden kaynaklandığı anlaşılmasına rağmen, karıştırılan bir çözeltideki nanopartiküller için bunun nasıl ortaya çıktığına dair çok az çalışma bulunmaktadır.

Sıvı “sıkma”

Fizik Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan Ai Du liderliğindeki araştırmacılar Tongji Üniversitesi Şanghay'daki araştırmacılar, suda dağılan altın nanoparçacık kürelerinin, çözelti karıştırıldığında nasıl hareket ettiğini simüle etti. Sıvının akış hızı dağılımını hesapladıklarında parçacıkların hareket hızının sıvının akış hızını takip ettiğini buldular.

Du, "İlginç bir şekilde, kabın tamamını birkaç sektöre bölerek, karıştırıcı tarafından tahrik edilen yüksek hızlı bölgenin aynı zamanda parçacıkların toplandığı bölge olduğunu da gözlemledik" diye açıklıyor. "Bu fenomenin muhtemelen karıştırıcı tarafından oluşturulan sıvının doğrudan 'sıkılmasından' kaynaklandığını ve nanopartiküller ile sıvı faz arasındaki kütle farklılıklarından kaynaklandığını düşünüyoruz."

Du, kendisinin ve meslektaşlarının bu etkiyi bir arkadaşından hediye olarak aldığı bir paket Longjing çay yaprağı sayesinde oldukça tesadüfen keşfettiklerini söylüyor. Du, "Bu çayı hemen hemen her iş günü ofisimde içiyorum" diye anlatıyor. “Çin'de çay yapmanın birçok farklı yolu var, ama ben en basit yöntemi seçtim; bu, açık çayın bulunduğu bardağa sıcak su eklemekti. Çay anından gerçekten keyif alsam da kupayı temizlemek daha az keyifli. Çay yapraklarını doğrudan lavaboya atamazsınız çünkü bu, giderleri tıkayacaktır, bu yüzden kupama biraz su ekliyorum ve ardından içindekileri hızlı bir şekilde ağ ile bir çay çöp kutusuna döküyorum. Bazı çay yaprakları her zaman kupanın iç yüzeylerine yapıştığı için bu işlemi birkaç kez tekrarlamam gerekiyor. Bu hem su hem de zaman kaybıdır.

"Bir gün Einstein'ın çay yaprağı paradoksunu hatırladım" diyor Fizik dünyası, “Ben de kupayı hızla döndürerek çay yaprakları ve su karışımını döndürmeyi denedim. Bu sayede tek seferde tüm yapraklardan ve sudan kurtulmayı başardım.”

Jelleşmeyi hızlandırmak

Du, tesadüfen, altın nanoparçacıklarını bir kapta dağıtarak yüksek saflıkta altın aerojeller hazırlamaya çalıştığı bir deneyde sorun yaşayan doktora öğrencilerinden biri olan Zehui Zhang ile bu bölüm ve ilgili teori hakkında konuştu. sulu klor çözeltisi. Zhang, aerojeli hazırlamak için herhangi bir yüzey aktif madde içermeyen basit bir teknik seçmişti ancak bu yaklaşım, altın nanopartiküllerinin çökelmesi için neredeyse bir hafta beklemesi gerektiği anlamına geliyordu. Solüsyonun ısıtılması da topaklanmayı önemli ölçüde hızlandırmadı.

Du, "Çözeltiyi karıştırdığında jelleşmenin sadece 20 dakikada gerçekleştiğini buldu" diyor. “Mekanizmayı tartıştık ve bunun muhtemelen Einstein'ın çay yaprağı paradoksundan kaynaklandığı sonucuna vardık. Bu da bizi etkiyi daha detaylı incelemeye yöneltti.”

Du, ayrıntılı olarak açıklanan yeni yöntemi söylüyor. Bilim Gelişmeler, gelecekte başka aerojellerin yapılmasına yardımcı olabilir ve kendisi ve meslektaşları, tekniklerini test etmek için şimdiden farklı türde metal ve oksit aerojelleri hazırlamaya başladılar. "Laminer akıştaki lokalize konsantrasyon etkisi, çevre mühendisliğinde yaşam bilimlerinde iz tespiti için kullanılabilecek seyreltik bir çözeltiden parçacıkları veya molekülleri toplamak için de kullanılabilir" diyor.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası