Hvordan videnskabsmænd omvendte Cheerios-effekten

'Cheerios-effekten' refererer til det fænomen, hvor en flydende partikel på overfladen af ​​en væske tiltrækkes mod en fast overflade i nærheden, selvom partiklen oprindeligt er placeret længere væk. Denne effekt ses normalt, når en lille genstand, som et kornstykke eller en dråbe væske, flyder på overfladen af ​​en væske og nærmer sig en fast overflade, som kanten af ​​en beholder.

Den underliggende fysik bag Cheerios-effekten er relateret til de kapillærkræfter, der virker på partiklen på grund af væskens overfladespænding. Når partiklen nærmer sig den faste overflade, skaber væskens overfladespænding ved grænsefladen mellem partiklen og det faste stof en ubalance i kræfter, der trækker partiklen mod den faste overflade.

For at invertere Cheerios-effekten har forskere brugt forskellige tilgange, såsom at ændre overfladeegenskaberne af den faste overflade eller ved at ændre sammensætningen af ​​væsken. Her er et par metoder, der er blevet brugt til at opnå dette:

Overfladeændring:

- Hydrofile belægninger: Ved at belægge den faste overflade med hydrofile (vandtiltrækkende) materialer kan væskens overfladespænding ved grænsefladen mellem partiklen og det faste stof reduceres. Dette reducerer den kapillære tiltrækning og kan føre til inversion af Cheerios-effekten.

Væskemodifikation:

- Overfladeaktive stoffer: Tilsætning af overfladeaktive stoffer (overfladeaktive midler) til væsken kan ændre overfladespændingsegenskaberne og svække kapillærkræfterne. Ved omhyggeligt at vælge type og koncentration af overfladeaktive stoffer er det muligt at invertere Cheerios-effekten.

- Polymerløsninger: Suspendering af partiklen i en polymeropløsning kan ændre væskens rheologiske egenskaber og påvirke kapillærinteraktionerne. Denne tilgang er blevet brugt til at invertere Cheerios-effekten ved at ændre væskens viskoelasticitet.

Elektriske felter:

Påføring af et eksternt elektrisk felt på væsken kan inducere elektrohydrodynamiske kræfter, der modvirker kapillærkræfterne. Ved at manipulere det elektriske felts styrke og retning, bliver det muligt at vende retningen af ​​partiklens bevægelse.

Magnetiske felter:

I nærvær af et magnetfelt kan magnetiske partikler eller partikler indeholdende magnetiske materialer opleve magnetiske kræfter. Ved at kontrollere magnetfeltet kan partiklernes bevægelse manipuleres, hvilket potentielt kan føre til inversion af Cheerios-effekten.

Det er værd at bemærke, at selvom disse tilgange har vist lovende at vende Cheerios-effekten, kan de specifikke betingelser og parametre, der kræves, variere afhængigt af systemets egenskaber, såsom partikelstørrelse, væskeegenskaber og overfladekemi.