Парадокс чайного листя Ейнштейна може допомогти створити аерогелі – Physics World

Якщо ви перемішуєте колоїдний розчин, що містить наночастинки, ви можете очікувати, що частинки рівномірно розподіляться в рідині. Але не так буває. Замість цього частинки концентруються в певній області і навіть можуть злипатися. Цей несподіваний результат є прикладом парадоксу чайного листя Ейнштейна, і дослідники з Університету Тунцзі в Китаї, які виявили його – абсолютно випадково – кажуть, що його можна використовувати для збору частинок або молекул для виявлення в розбавленому розчині. Важливо, що його також можна використовувати для виготовлення аерогелів для технологічних застосувань.

Зазвичай ми перемішуємо рідину, щоб рівномірно розподілити в ній речовини. Феномен, відомий як парадокс чайного листя Ейнштейна, описує зворотний ефект, при якому листя в добре перемішаній чашці чаю замість цього концентруються в області у формі бублика і збираються в центрі нижньої частини чашки, коли припиняється перемішування. Хоча цей парадокс відомий більше 100 років і вважається спричиненим ефектом вторинного потоку, існує кілька досліджень щодо того, як він проявляється для наночастинок у перемішаному розчині.

«Віджимання» рідини

Дослідники на чолі з Ай Ду з Школи фізичних наук та техніки в Університету Тунцзі у Шанхаї зараз змоделювали, як сфери наночастинок золота, дисперговані у воді, рухаються, коли розчин перемішують. Коли вони розрахували розподіл швидкості потоку рідини, вони виявили, що швидкість, з якою рухаються частинки, здається, відповідає швидкості потоку рідини.

«Цікаво, що, розділивши весь контейнер на кілька секторів, ми також помітили, що високошвидкісна область, що приводиться в рух мішалкою, також є областю, в якій агрегуються частинки», — пояснює Ду. «Ми вважаємо, що це явище, ймовірно, пов’язане з прямим «вичавлюванням» рідини, що створюється мішалкою, і походить від різниці мас між наночастинками та рідкою фазою».

Ду каже, що він і його колеги виявили ефект зовсім випадково – завдяки пачці листя чаю Лунцзін, яку Ду отримав від друга в подарунок. «Я п'ю цей чай у своєму офісі майже кожен робочий день», - розповідає Ду. «У Китаї є багато різних способів приготування чаю, але я вибрав найпростіший спосіб – це додавання гарячої води в кухоль з розсипним чаєм. Хоча я справді насолоджуюся чаєм, чистити кухоль менш приємно. Ви не можете кинути чайне листя прямо в раковину, оскільки це заблокує каналізацію, тому я доливаю трохи води в кухоль, а потім швидко виливаю вміст у відро для сміття для чаю з сіткою. Мені доводиться повторювати цей процес кілька разів, оскільки деякі чайні листочки завжди прилипають до внутрішніх поверхонь кухля. Це марна трата води та мого часу.

«Одного разу я згадав парадокс чайного листка Ейнштейна, — розповідає він Світ фізики, «тому я спробував обертати чайне листя та суміш води, швидко обертаючи кухоль. Таким чином мені вдалося за один раз позбутися всього листя і води».

Прискорення гелеутворення

Ду говорив про цей епізод — і пов’язану з ним теорію — з одним із своїх аспірантів, Цзехуі Чжаном, у якого випадково виникли проблеми з експериментом, у якому він намагався приготувати високочисті золоті аерогелі шляхом диспергування наночастинок золота в водний розчин хлору. Чжан вибрав просту техніку для приготування аерогелю, яка не включала жодних поверхнево-активних речовин, але цей підхід означав, що йому довелося чекати майже тиждень, поки наночастинки золота осідають. Нагрівання розчину також істотно не прискорило агрегацію.

Колоїдна суміш існує одночасно до шести фаз

«Він виявив, що при перемішуванні розчину гелеутворення відбулося всього за 20 хвилин», — каже Ду. «Ми обговорили механізм і дійшли висновку, що він, ймовірно, викликаний парадоксом чайного листка Ейнштейна. Це спонукало нас вивчити ефект більш детально».

Ду каже новий метод, який детально описано в Наука розвивається, може допомогти у створенні інших аерогелів у майбутньому, і він і його колеги вже почали готувати різні види металевих і оксидних аерогелів, щоб перевірити свою техніку. «Ефект локалізованої концентрації в ламінарному потоці також може бути використаний для збору частинок або молекул із розведеного розчину, який можна використовувати для виявлення слідів у науках про життя та екологічній інженерії», — говорить він.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/einsteins-tea-leaf-paradox-could-help-make-aerogels/