211service.com
Kształty z „ładunkami kapilarnymi” samoorganizują się na powierzchni cieczy
Kiedy ciecz wchodzi w kontakt z ciałem stałym, powierzchnia cieczy odkształca się z powodu sił między różnymi zaangażowanymi cząsteczkami. Te tak zwane siły kapilarne mogą unosić ciecz na granicy faz lub ją obniżać. Wiele zależy od zaangażowanych sił wewnątrzcząsteczkowych, ale ważną rolę odgrywa również kształt ciała stałego.
Siły te prowadzą do ważnych i znanych zjawisk. Proces przesiąkania to taki, w którym ciecz jest wciągana w wąską rurkę wbrew grawitacji. Jest to jeden z głównych procesów, dzięki którym drzewa i rośliny pobierają wodę z ziemi.
Ale są też mniej znane aplikacje. Jednym z pomysłów jest użycie sił kapilarnych, aby unoszące się cząstki samoorganizowały się w większe, bardziej złożone kształty.
Dzisiaj Nicolas Vandewalle i jego koledzy z Université of Liège w Belgii opracowali zupełnie nowy sposób manipulowania siłami kapilarnymi w strukturach samoorganizujących się. Sztuczka, którą ci faceci udoskonalili, polega na stworzeniu zarówno przyciągających, jak i odpychających sił, dokładnie kontrolując kształt cząstek, które chcą złożyć. Mówi się, że nasza metoda opiera się na tworzeniu multipoli kapilarnych, wywołujących siły przyciągające lub odpychające.
Jednym ze sposobów na wytworzenie zarówno sił przyciągających, jak i odpychających jest pokrycie cegiełek powłokami hydrofobowymi lub hydrofilowymi. To tworzy różne „ładunki” kapilarne. A ponieważ przeciwne ładunki przyciągają, a podobne odpychają, można to wykorzystać podczas samodzielnego montażu.
Ale to czasochłonna sprawa, zwłaszcza gdy różne części tego samego bloku konstrukcyjnego muszą być atrakcyjne i odpychające oraz wymagają różnych powłok.
Dużo łatwiejszy byłby sposób na jednoetapowe wytwarzanie bloków budulcowych z wymaganymi ładunkami kapilarnymi. I dokładnie to zrobili Vandewalle i spółka.
Ci faceci pokazują, jak wyginanie klocków tak, że nie są już płaskie w stosunku do powierzchni cieczy, może indukować różne ładunki kapilarne.
Użyli drukarki 3D do stworzenia kilkumilimetrowych bloków konstrukcyjnych o niezbędnych kształtach, aby stworzyć multipole kapilarne. Następnie zaobserwowali, jak gromadzą się, gdy unoszą się na wodzie.
Technika jest prosta. Po zaprojektowaniu i wydrukowaniu klocków, układają je na losowo ułożonej drucianej siatce, a następnie powoli opuszczają do zbiornika z wodą. Następnie obserwują cegiełki, które unoszą się na powierzchni i łączą.
Wyniki są interesujące. Wyraźnie pokazują, w jaki sposób specjalnie zaprojektowane cegiełki łączą się w duże kształty, które zachowują symetrię poszczególnych cegiełek. Rzeczywiście, w jednym przykładzie 35 cegiełek łączy się w idealny pięciokąt. Ta praca otwiera nowe perspektywy w samoorganizacji, mówią Vandewalle i spółka.
I mówią, że połączenie techniki z magnesami może pozwolić na samodzielny montaż kształtów 3D.
To potencjalnie ważny postęp w montażu mezoskopowym. A bloki budulcowe mogą być znacznie mniejsze, ponieważ siły kapilarne działają w skali do zakresu mikrometrów.
Vandewalle i spółka nie omawiają, w jaki sposób zamierzają wykorzystać tę nową technikę, co daje czytelnikom Technology Review doskonałą wymówkę, by wkroczyć z własnymi pomysłami. Sugestie w sekcji komentarzy poniżej, proszę.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1310.4847 : Dostosowywanie samodzielnego montażu mezoskali za pomocą drukowania 3D