离子交换珠在水下书写 – 物理世界

书写需要粘土或纸张等基材来将书写的线条和字母固定到位。 在水等液体中做同样的事情是不可能的，因为笔的运动会产生湍流，从而快速消除墨水痕迹。 原则上，您可以使用一支非常小的笔来消除这种湍流，因为较小的移动物体产生的涡流较少，但即使是一支小笔也需要大量的墨水，从而抵消了任何尺寸优势。 水写似乎注定要失败。

或者是吗？ 研究人员领导 托马斯·帕尔伯格 德国的 美因茨约翰内斯大学 (JGU) 现在，他们开发了一种全新的水写技术，将“墨水”直接放入水中，并使用直径 20-50 微米的珠子作为“笔”。 帕尔伯格解释说，这种珠子太小，无法产生任何漩涡，它是由离子交换树脂制成的，可以改变水的局部 pH 值，从而将沉积的胶体颗粒（墨水）吸引到其轨道上。 这项新技术可用于在微观尺度上绘制和图案化流体。

无漩涡

在他们的方法中，详细说明 Small 研究人员将珠子滚过水浴底部。 当珠子移动时，它会将水中残留的阳离子交换为质子，从而在液体中追踪出一条看不见的较低 pH 值的轨迹。 由于扩散渗透流或电泳现象，这条轨迹吸引了（精细分散的）墨水颗粒。 因此，颗粒在珠子标记的路径中积聚。 结果是：一条宽度只有几十微米的细线标出了 pH 值最低的区域。

尽管由此生产的生产线不是永久性的，但帕尔伯格表示它们很耐用。 “由于没有产生漩涡，墨水颗粒的分散纯粹是扩散性的，因此非常缓慢，”他解释道。

为了在线条之间创造空间，该团队只需使用激光打开和关闭离子交换过程。 创建字母等弯曲形状有些棘手，因为水浴必须倾斜才能使珠子在重力作用下移动。 “在我们的第一次尝试中，我们用手移动水浴，但后来我们构建了一个可编程平台来做到这一点，”帕尔伯格说。

“不存在其他类似的技术来生产自由悬挂和可重新配置的生产线，”他补充道。 “当今所有已知的方法都依赖于固体基材来固定从储液器沉积的墨水。”

凝固金属合金上形成“斑马条纹”图案

根据研究人员的数学模拟，该方法是通用的，因此可以以多种形式使用。 “除了由离子交换树脂制成的珠子之外，还可以使用由可被激光加热的颗粒组成的‘笔’，甚至可以使用可单独操纵的微型游泳器，”团队成员说 本诺·利布臣，一位软物质物理学家 德国达姆施塔特工业大学。 “这甚至可以允许在水中进行广泛的并行写入结构。 因此，该机制还可用于在流体中生成高度复杂的密度模式。”

该团队表示，他们现在正忙于完善其技术，并探索在更大规模、厘米级区域创建图案的方法。

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