Solutal Marangoni-strømme af blandbar væske driver transport uden overfladekontamination

Et forskerhold ledet af Hyoungsoo Kim, professor i maskinteknik ved KAIST, lykkedes at kvantificere fænomenet kaldet, Marangoni -effekten, som opstår ved grænsefladen mellem alkohol og vand. Det forventes, at dette fund vil være en værdifuld ressource, der bruges til effektivt at fjerne urenheder fra en overfladevæske uden forurening, og udvikle materialer, der kan erstatte overfladeaktive stoffer.

Denne forskning, co-gennemført med et forskerhold ledet af professor Howard A. Stone ved Princeton University, blev offentliggjort online i Naturfysik den 31. juli.

Marangoni -effekten, også kendt som tårer af vin, genereres, når to væsker med en anden overfladespænding mødes, forårsager endelig blanding, spredning af tid og længde skala. Typisk, folk tror, ​​at uendeligt blandbare væsker straks blandes sammen; imidlertid, det er ikke altid sandt ifølge dette papir.

Den typiske overfladespænding for alkohol er tre gange lavere end for vand, og denne forskellige overfladespænding genererer den Marangoni-drevne konvektionsstrøm ved grænsefladen mellem de to væsker. Ud over, der er en vis mængde tid, der skal til for at de kan blandes.

Dette fænomen er blevet diskuteret mange gange siden det blev opdaget i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, alligevel var der en grænse for at kvantificere og forklare det.

Professor Kim, i betragtning af blandings- og spredemekanismen, brugte forskellige flow visualiseringsteknikker og udstyr til at tage højhastighedsbilleder i sit eksperiment.

Gennem flowvisualiseringsmetoderne, holdet lykkedes med at kvantificere og forklare komplekset, fysisk-kemiske fænomener dannet mellem vand og alkohol. I øvrigt, de udviklede en teoretisk model til at forudsige de fysisk -kemiske hydrodynamiske fænomener.

Den teoretiske model kan forudsige hastigheden af ​​Marangoni-drevet konvektionsflow, arealet af en dråbe alkohol og den tid, det tager at udvikle flowfeltet. Derfor, denne model kan kortlægge typer materialer (f.eks. alkohol) og mængden af ​​en dråbe væske, der er relevant for at målrette mod en specifik situation.

I øvrigt, forskerholdet mener, at grænsefladeflowet muliggør fremdrift af bulkstrømme, og at det kan være en teknologikilde til effektivt at levere lægemidler og fjerne urenheder fra en overflade af stof uden at forårsage sekundær forurening.

Først og fremmest, resultaterne viser en mulighed for at erstatte overfladeaktivt stof med alkohol som et materiale, der bruges til at levere stoffer. I tilfælde af lægemiddellevering, nogle lægemidler indkapsles med et overfladeaktivt middel for effektivt at kunne transporteres in vivo; imidlertid, det overfladeaktive stof ophobes i kroppen, som kan give forskellige bivirkninger, såsom hjertesygdomme. Derfor, brug af nye materialer som alkohol til levering af medicin vil bidrage til at forhindre bivirkninger forårsaget af det overfladeaktive stof.

"Det overfladeaktive stof bruges til at levere medicin, men det er svært at blive udvist af kroppen. Dette vil forårsage forskellige bivirkninger, såsom hjertesygdomme hos astmatiske patienter, " sagde professor Kim. "Jeg håber at bruge nye materialer, som alkohol, vil befri folk fra disse bivirkninger. "