Новости космоса и технологий. » Физика » Реализация активных серферов Marangoni на микроуровне

Реализация активных серферов Marangoni на микроуровне

Опубликовал: Admin, 26-09-2020, 01:01, Физика, 68, 0

Реализация активных серферов Marangoni на микроуровне

Серфингисты Марангони - это маленькие частицы, которые перемещаются самостоятельно, находясь на границе раздела жидкость-жидкость, подобно тому, как серфер движется по поверхности волны. В последние годы самодвижущиеся частицы стали предметом многочисленных физических исследований, поскольку они могут служить моделью для изучения движения активных броуновских объектов с широким диапазоном скоростей и взаимодействий.

Исследователи из ETH Zürich, Университета Генриха-Гейне в Дюссельдорфе и Университетского колледжа Лондона (UCL) недавно реализовали активные микрометрические серферы Marangoni, применив лазерный свет к коллоидам Януса, поглощаемым на границах раздела вода-нефть. Их статья, опубликованная в Письма о физическом осмотре , основан на нескольких предыдущих исследованиях, посвященных использованию света для управления движением микропловцов.

«Эта работа была продолжена благодаря постоянным усилиям по созданию более эффективных микропловцов, которыми можно легко управлять», - рассказали Phys.org Лючио Иса и Ник Дженссон, два исследователя, проводившие исследование. «Наши результаты основаны на существующей работе, касающейся управления движением микропловцов с помощью света и на свойствах микропловцов, заключенных на границе раздела жидкостей, включая некоторые из наших предыдущих работ».

В одном из своих предыдущих исследований Иса и его коллеги обнаружили, что удерживание частиц Януса на границах раздела нефть-вода позволило этим частицам самодвигаться за счет самогенерируемых химических градиентов, которые вызывали каталитические реакции. Этот эффект очень похож на тот, который часто наблюдается в частицах внутри объемных суспензий.

Кроме того, исследователи заметили, что эти частицы могут очень сильно взаимодействовать друг с другом из-за отталкивающих электростатических сил, характерных для объектов, захваченных на границах раздела. Хотя это наблюдение открыло новые захватывающие возможности для изучения сильно взаимодействующих активных частиц, известно, что каталитических пловцов особенно трудно контролировать с помощью внешних факторов. Это связано с тем, что их движение зависит от концентрации химического топлива, которое трудно динамически регулировать.

«Решение этой проблемы было найдено путем объединения генерации асимметричных градиентов температуры с помощью светопоглощающих частиц Януса и хорошо известной идеи о том, что на границах раздела жидкостей они создают градиенты поверхностного натяжения и, соответственно, потоки Марангони, которые могут быть использованы для продвижения частицы с помощью пространственно-временного контролируемого освещения », - сказали Иса и Дженссон.

Серферы Марангони - это самодвижущиеся частицы, что означает, что они могут преобразовывать внешние источники энергии (например, свет) в направленное движение, создавая и поддерживая асимметрию в свойствах окружающей их среды (например, профили температуры), в свою очередь, создавая поверхность натяжные профили. Название Marangoni связано с происхождением этого самодвижущегося качества, которое обеспечивается градиентами поверхностного натяжения и соответствующими потоками жидкости. Проявление этих потоков жидкости, которое можно наблюдать в нескольких физических явлениях (например, слезы вина и движение камфорных лодок), известно как эффект Марангони.

«Серферы Marangoni важны в физике, потому что они представляют собой новую модельную систему для изучения активного движения самодвижущихся микромасштабных объектов с огромным динамическим диапазоном скоростей (до 10000 длин тела в секунду) и настраиваемыми взаимодействиями», - заявили Иса и Дженссон. . Последние опосредуются поверхностью раздела жидкостей, которая также ограничивает их в двухмерной плоскости без наличия твердых границ. Экспериментальное изучение коллективного движения активных частиц в отсутствие агрегации было проблемой для сообщества и поможет способ изучения двумерных материалов, таких как кристаллы и стекла, сделанные исключительно из активных компонентов ».

Чтобы реализовать микромасштабные серферы Marangoni, Иса, Дженссон и их коллеги использовали простой метод, который влечет за собой нанесение покрытия на монослой частиц (то есть плотно упакованный слой частиц) с использованием золотой пленки с помощью метода, известного как покрытие распылением. Впоследствии они удерживали частицы на границе раздела масло-вода, нанося каплю водной суспензии с помощью микрошприца.

Наконец, исследователи осветили частицы зеленым лазером. Свет этого лазера поглощался золотыми крышками частиц, создавая асимметричный температурный профиль.

«Асимметричный температурный профиль, создаваемый адсорбцией золотого колпачка, создает градиент поверхностного натяжения, который продвигает частицы через потоки Марангони», - сказали Иса и Дженссон. «В присутствии поверхностно-активных веществ, то есть поверхностно-активных веществ, движение частиц также связано с градиентом концентрации, который создает второй профиль поверхностного натяжения. Баланс между ними регулирует тягу».

Иса, Дженссон и их коллеги являются одними из первых исследователей, которые продемонстрировали активные частицы с чрезвычайно широким диапазоном возможных скоростей движения, используя потоки Марангони на микромасштабе. Более того, скорости движения создаваемых ими частиц можно легко регулировать, просто управляя концентрацией поверхностно-активного вещества и освещением.

«Продемонстрированные нами частицы представляют собой новую модельную систему, которую можно использовать для исследования свойств нового класса активных материалов», - заявили Иса и Дженссон. "Теперь мы планируем расширить наши исследования, в которых мы, по существу, сосредоточились на характеристике поведения одночастичного двигателя и выяснении его микроскопического происхождения, на случай одновременного управления сборками серферов Марангони в целях реализации двумерных активных материалов. . "


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии