Hvordan påvirker strømning kræfter af ladede overflader/partikler og overfladeaktive stoffer i væsker?

Du er på kontoret. Du har skrevet en rapport og trykket på Udskriv. Gå hen til printeren og hent den friske, inkjet-trykt papir. Mens du beundrer dit arbejde, vidste du, at forskere overvejer ladningen af ​​partiklerne i flydende blæk for forbedret udskriftskvalitet? Var du klar over, at forståelse af partikler for partikler gør det muligt for ingeniører at fremstille malinger (samle sig) eller sprede sig i henhold til sådanne partikelinteraktioner?

Et overfladeaktivt stof er noget, der tilsættes en væske (i denne undersøgelse), at få det til at fungere med andre overflader. Folk bruger overfladeaktive stoffer dagligt derhjemme med sæber, vaskemidler og shampooer til at hjælpe med at løfte snavs af overflader. Overfladeaktive stoffer har også vigtige industrielle anvendelser, f.eks. Ved foring af rørledninger for at reducere træk. Som man kan forestille sig, forståelse for, hvordan virkningen af ​​ladninger af partikler i væske kan have betydelig indflydelse på, hvor godt overfladeaktive stoffer fungerer og systemer kører effektivt. Indtil nu, der manglede undersøgelse af, hvordan væskestrømmen påvirker ladningerne af partiklerne i væsken, overflader og overfladeaktive stoffer.

For at undersøge flow, Cathy McNamee og Hayato Kawakami fra Shinshu University byggede et apparat, hvor de kombinerede et atomkraftmikroskop, peristaltisk pumpe og kamera til visuelt at fange væsken i processen med flow. De brugte silicapartikler og siliciumskiver, begge med negativt ladede overflader i nærvær af ioniske overfladeaktive stoffer. Et ionisk overfladeaktivt stof har et "hoved", der tiltrækker vand og en "hale", der afviser vand. Et negativt og positivt overfladeaktivt stof med samme kædelængde blev brugt til at bestemme ladningens effekt på kræfterne, natriumdodecylsulfat (anionisk overfladeaktivt stof) og dodecyltrimethylammoniumbromid (kationisk overfladeaktivt stof).

McNamee og Kawakami var i stand til at bestemme, at:

• Adsorptionen af ​​overfladeaktive stoffer til partiklerne kan ændre sig, når væskestrømmen ændrer kræfterne mellem ladede partikler.
• Når ladningen af ​​det overfladeaktive stof var den samme som overfladen, væskestrøm øgede ikke overfladeaktive stoffers adsorption til partikeloverfladerne, men øgede antallet af ioner nær overfladerne. Inter-partikel frastødende kræfter faldt en smule.
• Når ladningen af ​​det overfladeaktive stof var modsat partiklerne, en lav koncentration af overfladeaktivt flow øgede adsorptionen af ​​overfladeaktive midler til partikeloverfladerne. Dette ændrede mellempartikelkræfterne og kunne ændre attraktioner til frastødninger, hvis den passende overfladeaktive koncentration blev brugt. Med høje koncentrationer af overfladeaktive stoffer, hvor overfladernes ladning ændres i mangel af strøm, strømning havde en tendens til at øge stivheden af ​​filmen af ​​de adsorberede overfladeaktive stoffer.
• Det kan være muligt at kontrollere ladningspartiklers aggregeringsevne med strømningshastigheden, hvis den passende overfladeaktive type og koncentration anvendes.

Professor McNamee fandt ud af, at strømningshastigheden muligvis kan bruges til at kontrollere aggregering og spredning af ladede partikler, giver mulighed for mindre overfladeaktivt brug. Under anvendelser i den virkelige verden, såsom vandbehandling, det er muligt at fjerne urenheder og skadelige stoffer ved at bruge ladninger til at opsamle eller afvise visse stoffer. Selv vores kroppe bruger smart overfladeaktive stoffer, også. Galdesalte, (et overfladeaktivt stof!) hjælper med fordøjelsen. De potentielle anvendelser af denne forskning spænder fra medicin, såsom flowcytometer til alle aspekter af industrien.