爱因斯坦的茶叶悖论可以帮助制造气凝胶 - 物理世界

如果搅拌含有纳米颗粒的胶体溶液，您可能会期望颗粒均匀地分散在液体中。 但事实并非如此。 相反，颗粒最终集中在特定区域，甚至可能聚集在一起。 这个意想不到的结果是爱因斯坦茶叶悖论的一个例子，中国同济大学的研究人员偶然发现了它，他们说它可以用来收集颗粒或分子，以便在稀溶液中进行检测。 重要的是，它还可以用于制造用于技术应用的气凝胶。

我们通常搅拌液体以使其中的物质均匀分散。 这种被称为爱因斯坦茶叶悖论的现象描述了一种相反的效应，即一杯充分搅拌的茶中的茶叶反而集中在一个甜甜圈形状的区域，并在搅拌停止后聚集在杯子的底部中心。 虽然这一悖论已为人所知 100 多年，并且被认为是由二次流动效应引起的，但很少有研究表明它在搅拌溶液中的纳米颗粒中如何表现。

液体“挤压”

物理科学与工程学院杜艾研究员带领的研究人员 同济大学 上海现已模拟了搅拌溶液时分散在水中的金纳米颗粒球如何移动。 当他们计算流体的流速分布时，他们发现颗粒移动的速率似乎遵循流体的流速。

“有趣的是，通过将整个容器分成几个部分，我们还观察到搅拌器驱动的高速区域也是颗粒聚集的区域，”杜解释道。 “我们认为这种现象可能是由于搅拌器产生的液体的直接‘挤压’造成的，并且来自纳米粒子和液相之间的质量差异。”

杜说，他和他的同事偶然发现了这种效果——多亏了杜从朋友那里收到的一包龙井茶叶作为礼物。 “我几乎每个工作日都会在办公室喝这种茶，”杜回忆道。 “在中国，我们有很多不同的泡茶方法，但我选择了最简单的方法，那就是在装有散茶的杯子中加入热水。 虽然我真的很享受喝茶的时光，但清洁杯子却不太愉快。 你不能将茶叶直接扔进水槽，因为这会堵塞排水管，所以我在杯子里加了一些水，然后迅速将里面的东西倒进有网的茶叶垃圾桶里。 我必须重复这个过程几次，因为一些茶叶最终总是粘在杯子的内表面上。 这是浪费水和我的时间。

“有一天我想起了爱因斯坦的茶叶悖论，”他说道 物理世界，“所以我尝试通过快速旋转杯子来旋转茶叶和水的混合物。 就这样，我成功地一口气把树叶和水都除掉了。”

加速凝胶化

杜与他的一位博士生张泽辉谈论了这一事件以及相关的理论，巧合的是，张泽辉在一项实验中遇到了麻烦，在该实验中，他试图通过将金纳米颗粒分散在一个液体中来制备高纯度金气凝胶。氯水溶液。 张选择了一种不涉及任何表面活性剂的简单技术来制备气凝胶，但这种方法意味着他必须等待近一周才能让金纳米颗粒沉淀出来。 加热溶液也没有显着加速聚集。

胶体混合物同时存在多达六个相

“他发现通过搅拌溶液，仅需 20 分钟即可发生凝胶化，”杜说。 “我们讨论了这个机制，得出的结论是，这可能是由爱因斯坦的茶叶悖论引起的。 这促使我们更详细地研究这种效应。”

杜说的是新方法，详细内容见 科学进展，可以帮助将来制造其他气凝胶，他和他的同事已经开始制备不同种类的金属和氧化物气凝胶来测试他们的技术。 “层流中的局部浓度效应也可用于从稀溶液中收集颗粒或分子，这可用于环境工程生命科学中的痕量检测，”他说。

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/einsteins-tea-leaf-paradox-could-help-make-aerogels/