Forstå måden, hvorpå væske spredes gennem papir

Molekyler bevæger sig tilfældigt, støder sammen med hinanden i konstant bevægelse. Du kan endda lugte denne proces til tider; det er, hvordan parfume breder sig over et rum, når luften er stille. Processen betegnes diffusion, og diffusionsteorien kan anvendes på væske, der spredes gennem papir, også - en proces på arbejde i en række daglige produkter, fra blækpenne til papirsamplingsplaster til medicinske tests.

Nu, et team af forskere i Indien har udviklet en model, der uddyber deres konceptuelle forståelse af, hvordan væsker spredes gennem papir.

"Spredning af væske i et papir er i det væsentlige tilfældig væskebevægelse gennem et tilfældigt fordelt netværk af fibre, "sagde Suman Chakraborty, hovedforsker ved undersøgelsen ved Indian Institute of Technology Kharagpur, og Advancement Technology Development Center, begge placeret i Kharagpur, Indien. Resultaterne offentliggøres i denne uge i Anvendt fysik bogstaver .

Diffusion er en velkendt proces. Men teamets udarbejdelse af diffusionsteori i forbindelse med papir-væske-interaktioner, som udgør snoede fibernet til transportdynamik, er ny og afslører nye teoretiske detaljer. I deres eksperiment, forskerne observerede blæk, der spredte sig på filterpapir ved hjælp af et scanningselektronmikroskop.

Teamet kortlagde væskespredningsdynamik fra en enkelt fiberkapillær til et større netværk af fibrene. De beregnede derefter de resulterende transportegenskaber, med resultater, der bekræfter et generaliseret, ensartet diffusionsperspektiv på arbejdet i processen med væske, der bevæger sig gennem en papirmatrix. Scanning af mikrografiske billeder viser distribution af papirfibre, sammen med mikropartikel-billed-velocimetri-målingen af ​​tilfældig væskebevægelse gennem netværket.

"Vores undersøgelse afslører, at på trods af en så mangfoldig anvendelse af papir, der interagerer med væsker, der er en grundlæggende unikhed ved, at væske spredes gennem papir, der fører mod en generel og samlet teori om det, "Sagde Chakraborty.

Teorien går ud på, at molekyler af en væske bevæger sig gennem fibernettet af papir efter principperne for universel diffusiv dynamik. "Papir består af et netværk af fibre, der fordeles tilfældigt, "sagde Chakraborty." Som en konsekvens, tilfældig bevægelse af væsken i alle mulige retninger forekommer. Vi ved, at molekyler bevæger sig tilfældigt og kolliderer med hinanden, og dette er diffusionens forudsætning. "

På trods af stor brug af væskeinfunderet papirteknologi, der er huller i forståelsen af ​​grundvidenskaben bag dens adfærd. Chakraborty og hans elever, Kaustav Chaudhury og Shantimoy Kar, hjælpe med at udfylde det hul.

Ved at forstå væskespredning i paradigmet for diffusion, forskere kan kontrollere det mere præcist for at skabe og forfine nye produkter, der involverer væskespredning gennem papir. For eksempel, nuværende markeder har valideret en vigtig potentiel egenskab af papir:at fungere som den væsentlige byggesten i et hurtigt diagnosekit i et paradis for meget lave omkostninger.

Eksempler på denne ansøgning omfatter graviditetsteststrimler; alkalinitet eller surhedstest af skønhed og baby sæbe ved hjælp af en papirstrimmel; papirstrimler til kontrol af vandkvaliteten; og medicinsk diagnose hjulpet af papirstrimmelundersøgelser af urin, spyt og blod. Forfatterens diffusionsmodel for spredning af væske i papir kan også forbedre papirer og blæk, der bruges til at skrive, tegning og maling.

Næste, efterforskerne planlægger at udvikle smarte og kompakte teknologier til diagnostiske formål, fremme de eksisterende papirbaserede platforme.

"De vigtigste mål er at opnå hurtige resultater på bekostning af lave omkostninger. Til dette formål, papiret viser en lovende udsigt til at være et redskab til at tjene begge målene. Det nuværende arbejde, som vi tror, vil bane vejen for design og udvikling af de papirbaserede teknologier til at tjene en bredere offentlighed, "Sagde Chakraborty.