Ученые объяснили феномен кофейных колец в новой теории
Пятно, остающееся после кофе, десятилетиями было предметом сложных исследований. Специалисты из университета Невады в Рено смоделировали процесс испарения коллоидных капель и обнаружили ранее незамеченный механизм, позволяющий точнее определять динамику осаждения частиц.
«Понимание и управление динамикой оседания частиц при испарении коллоидных капель может использоваться при секвенировании ДНК, окрашивании, струйной печати и производстве упорядоченных микро- и наноструктур, — объяснил Хасан Масуд, адъюнкт-профессор кафедры машиностроения. – Теперь мы понимаем этот процесс как никогда хорошо».
Выводы исследователей, описанные в Physical Review E, основываются на большом объеме работ. Так, ученые смоделировали взаимодействие взвешенных частиц со свободной поверхностью капли. Авторы верят, что результаты изменят представление о так называемом явлении «кофейного кольца».
Когда капля высыхает, взвешенные частицы обычно располагаются в виде кольца, оставляя пятно или осадок. До этого считалось, что в основе феномена лежит течение жидкости внутри нее. Команда Масуда выяснила, что главную роль в процессе играет верхний слой или свободная поверхность капли, контактирующая с воздухом.
«При испарении этот элемент опадает, захватывая взвешенные частицы, — объяснил автор. – Наша теория показывает, что все частицы, пойманные свободной поверхностью, остаются в ней на пути ко дну капли».
В своем исследовании команда использовала малоизвестную систему тороидальных координат, позволившую свести трехмерные управляющие уравнения в одномерную форму. Ранее подобный подход к исследованию феномена не использовался. Открытие позволило ученым манипулировать движением растворенных частиц, меняя поверхностное натяжение фазовой границы жидкость-газ, а не контролируя поток внутри капли.
«Мы можем использовать ПАВ для этих целей, — сказал Масуд. – Например, для очистки поверхности солнечных панелей часто применяется вода. Но от нее остаются стойкие пятна. Изменение динамики потока в процессе испарения специальным чистящим агентом позволит легко избавиться от них».
Материалы партнеров:
Читайте другие новости:
Читайте также