Kemikalier frigivet til luften kan blive mindre farlige, takket være en manglende matematisk formel for dråber

Droner og andre fly sprøjter effektivt pesticider over miles af afgrøder, men metoden kan også forurene miljøet, hvis vinden fører tågen væk fra målet.

Et af problemerne er, at små dråber er svære for luftafgrødesprøjtere, inkjet-printere og en lang række andre maskiner at styre. Purdue University ingeniører er de første til at komme med den matematiske formel, der manglede for at måle en nøgleegenskab for disse dråber.

"Der er mange egenskaber, der påvirker, hvordan en dråbe dannes. En af de vigtige egenskaber er overfladeviskositet, som folk har haft en pokkers tid med at prøve at måle, fordi de bare ikke havde værktøjerne til at gøre det, " sagde Osman Basaran, Purdues Burton og Kathryn Gedge professor i kemiteknik.

Pesticider og andre kemikalier indeholder tilsætningsstoffer kaldet overfladeaktive stoffer. Disse overfladeaktive molekyler modstår hinanden ved en væskes overflade, giver anledning til en klæbrig kraft kaldet overfladeviskositet, der kan gøre dråben mindre. Jo højere overfladeviskositet, jo mere kompakt en dråbe form.

Basaran og hans elever har fundet ud af en måde at beregne overfladeviskositet på blot ved at se på, hvordan en dråbe strækker sig. Et billede taget af den strakte dråbe, når den begynder at knække, giver de værdier, der skal indsættes i en simpel matematisk formel, der giver måling af overfladeviskositet.

Formlen er beskrevet i et papir offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Opdagelsen afslutter et årtier langt kapløb fra forskere rundt om i verden for at gøre overfladeviskositeten målbar. Andre medforfattere på dette papir inkluderer Hansol Wee, Brayden Wagoner og Pritish Kamat.

Ikke at kunne måle præcis, hvor meget overfladeviskositet påvirker dråbedannelsen, har sat grænser for at gøre maskiner mere sikre og præcise, sagde Basaran, der leder et center, der arbejder på at løse videnskaben bag problemer i fremstilling af maskiner.

Løsninger leveret af centret, kaldet Purdue Process Safety and Assurance Center, direkte hjælpe partnere i industrier som landbrug, sundhedspleje og energi.

En bedre forståelse af dråber og hvordan man kontrollerer dem påvirker alle disse industrier. Ligesom afgrødesprøjtning, Inkjet-print på en fabrik producerer små dråber, der kan komme i luften og forårsage vejrtrækningsproblemer.

Mere præcis kontrol af et væskelignende stof kunne også forbedre maskinens ydeevne, såsom at give en 3-D-printer mulighed for at producere mere pålidelige eller detaljerede objekter.

"Et materiale med for høj eller for lav overfladeviskositet kan føre til dårlige resultater i fremstillingsprocessen. At kende disse målinger giver dig mulighed for at bruge forskellige kemier til at lave et materiale, der ikke fører til en overfladeviskositet, der vil resultere i en dårlig resultat, " sagde Basaran.

Næste, Basarans team planlægger at inkorporere denne matematiske formel i eksperimenter for at anbefale nye maskindesigns. Formlen kan også blive et kommercielt instrument i fremtiden, såsom en smartphone-app.

"Denne opdagelse åbner en masse muligheder for grundforskning, som bare ikke var mulig før, " sagde Basaran.