Partikler med øjne giver et nærmere kig på rotationsdynamikken

Kolloider - blandinger af partikler fremstillet af et stof, spredt i et andet stof - dukker op på mange områder i hverdagen, herunder kosmetik, mad og farvestoffer, og danner vigtige systemer i vores kroppe. At forstå kolloiders adfærd har derfor vidtrækkende konsekvenser, alligevel har det været udfordrende at undersøge rotation af sfæriske partikler. Nu, et internationalt team, der omfatter forskere fra University of Tokyo Institute of Industrial Science, har skabt partikler med en kerne uden for midten eller "øje", der kan spores ved hjælp af mikroskopi. Deres resultater offentliggøres i Fysisk gennemgang X .

Partikler suspenderet i en væske bevæger sig fra et sted til et andet som følge af brunisk bevægelse, som let kan detekteres med et mikroskop. Imidlertid, disse partikler roterer også, hvilket er meget vanskeligere at se, om de er sfæriske.

Forskerne overvandt dette ved at skabe partikler fremstillet af to forskellige farver af det samme materiale. Kernesfæren-som de kalder øjet-er sat off-center på overfladen af ​​partiklen. Det giver et punkt, der kan følges under et mikroskop for at bestemme orienteringsændringerne, når partiklen roterer.

"Rotationen af ​​en kolloid partikel fortæller os om den omgivende hydrodynamik - bevægelsen af ​​den suspenderende væske - og kontaktkræfterne, såsom friktion. Imidlertid, for at få det fulde billede i en tæt suspension, alle partikler skal spores på én gang, "forklarer undersøgelse tilsvarende forfatter professor Hajime Tanaka." Samt at give et punkt at spore over tid, tætheden og brydningsindekset for vores partikler kan matches, så de nødvendige 3D -billeder kan erhverves. "

Ved at spore en tæt suspension af ladede partikler, der danner en kolloid krystal - som har et ordnet arrangement af partikler - viste det sig, at rotation af nabokugler blev koblet og bevæget i modsatte retninger, som maskede gear.

Ud over, et system med uladede partikler viste, at der var en sammenhæng mellem lokal krystallinitet - orden i de nærmeste omgivelser - og rotationsdiffusivitet, som beskriver processen med orientering genvinde ligevægt.

Forskerne observerede også "stick-slip" rotationsbevægelse mellem partikler, der får kontakt, hvor en stor nabo kunne stoppe bevægelsen af ​​en partikel gennem friktion.

"Vores system har givet tiltrængt indsigt i hydrodynamisk og friktionskobling i meget tætte kolloider, "siger anden tilsvarende forfatter professor Roel Dullens." Vi forventer, at vores fund vil have en betydelig indvirkning på design af industrielle processer, der involverer kolloider, såvel som om forståelsen af ​​biologiske processer. "