Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
17 августа 2011, источник: РИА Новости

Физики научились предотвращать появление «кофейных колец»

МОСКВА, 17 авг — РИА Новости. Группа американских ученых выяснила, как предотвратить появление «кофейных колец», возникающих при высыхании по краям капель коллоидных растворов, например кофе или акварельной краски; это открытие поможет создать идеальные струйные принтеры, улучшить технологии расшифровки ДНК и окраски нанопленок, заявляют американские ученые в статье, опубликованной в журнале Nature.

Появление темной границы по краям можно наблюдать при высыхании капель практически всех типов растворов, содержащих микроскопические твердые частицы. Кольца возникает из-за разной скорости испарения — по краям это происходит быстрее, и жидкость из центра перетекает к краям капли под действием силы поверхностного натяжения. Вода увлекает нерастворимые частицы, и они собираются у края капли, что и приводит к образованию концентрических «кофейных колец».

Наиболее наглядный пример — темные кольца у краев кофейных пятен на одежде или бумаге. Это явление сильно мешает равномерной окраске поверхностей и вынуждает инженеров идти на хитрости при разработке струйных принтеров.

Группа под руководством Питера Юнкера (Peter Yunker) из университета штата Пенсильвания в Филадельфии (США) исследовала поведение частиц в каплях воды и установила, что скорость и место их осаждения сильно зависит от формы.

Они подготовили несколько видов полистирольных сфер и эллипсоидов размером от 1 до 5 микрон и наблюдали за тем, как высыхают капли взвеси из этих частиц. Оказалось, что сферические частицы образуют идеальные «кофейные кольца». Однако вытянутые эллипсоиды не скапливались по краям пятна и распределялись равномерно по всей площади капли.

Как оказалось, эллипсоиды образуют в капле единую структуру под действием так называемого «эффекта мюсли» (cheerio effect) — взаимодействие поверхности жидкости и воздуха вынуждает нерастворимые частицы притягиваться друг к другу.

Пленка из частиц-эллипсоидов искривляет поверхность капли, прижимая ее края и выпячивая середину. В результате при высыхании капля «стягивается», что обеспечивает равномерное осаждение твердых частиц по всей ее площади. Авторы работы отмечают, что добавление даже небольшого количества эллиптических частиц в взвесь из микроскопических сфер и воды оказалось достаточным для подавления эффекта «кофейного кольца».

Ученые предполагают, что их методика достаточно привлекательна с практической точки зрения, так как она не требует применения токсичных растворителей или иных дополнительных материалов, в отличие от прочих методов избавления от «кофейных колец».