Die Art und Weise verstehen, wie sich Flüssigkeit durch Papier ausbreitet

The Howling Mines | Critical Role | Campaign 2, Episode 6 (Kann 2019).

Anonim

Moleküle bewegen sich zufällig und kollidieren in kontinuierlicher Bewegung miteinander. Sie können diesen Prozess manchmal sogar riechen; So verbreitet sich Parfüm in einem Raum, wenn die Luft still ist. Der Prozess wird als Diffusion bezeichnet und die Diffusionstheorie kann auch für die Verteilung von Flüssigkeiten durch Papier verwendet werden - ein Prozess, der in einer Vielzahl von Produkten des täglichen Bedarfs von Tintenschreibern bis hin zu Papierproben für medizinische Tests eingesetzt wird.

Jetzt hat ein Forscherteam in Indien ein Modell entwickelt, das die konzeptionelle Erfassung der Ausbreitung von Flüssigkeiten durch Papier vertieft.

"Flüssigkeit, die sich in einem Papier ausbreitet, ist im Wesentlichen eine zufällige Flüssigkeitsbewegung durch ein zufällig verteiltes Netzwerk von Fasern", sagte Suman Chakraborty, leitender Forscher der Untersuchung am indischen Technologieinstitut Kharagpur, und dem Technologieentwicklungszentrum, beide in Kharagpur, Indien. Die Ergebnisse werden diese Woche in Applied Physics Letters veröffentlicht.

Diffusion ist ein bekannter Prozess. Aber die Ausarbeitung der Diffusionstheorie im Kontext von Papier-Flüssigkeits-Interaktionen, die gewundene Fasernetzwerke für die Transportdynamik darstellen, ist neu und offenbart neue theoretische Details. In ihrem Experiment beobachteten die Forscher, wie sich die Farbe auf einem Filterpapier mit einem Rasterelektronenmikroskop ausbreitete.

Das Team kartierte die Flüssigkeitsausbreitungsdynamik von einer einzelnen Faserkapillare zu einem größeren Netzwerk der Fasern. Sie berechneten dann die resultierenden Transporteigenschaften, wobei die Ergebnisse eine verallgemeinerte vereinheitlichte Perspektive der Diffusion bei der Arbeit in dem Prozess der Flüssigkeitsbewegung durch eine Papiermatrix bestätigten. Rastermikrographische Bilder zeigen Papierfaserverteilungen, zusammen mit dem Mikropartikel-Bild-Geschwindigkeitsmeßgerät der zufälligen Flüssigkeitsbewegung durch das Netzwerk.

"Unsere Studie zeigt, dass es trotz der vielfältigen Verwendung von Papier, das mit Flüssigkeiten interagiert, eine fundamentale Einzigartigkeit der Flüssigkeit gibt, die sich durch Papier ausbreitet und zu einer allgemeinen und einheitlichen Theorie führt", sagte Chakraborty.

Die Theorie besagt, dass sich Moleküle einer Flüssigkeit nach den Prinzipien der universellen Diffusionsdynamik durch das Fasernetzwerk bewegen. "Papier besteht aus einem Netzwerk von zufällig verteilten Fasern", sagte Chakraborty. "Als Folge tritt eine zufällige Bewegung der Flüssigkeit in allen möglichen Richtungen auf. Wir wissen, dass Moleküle sich zufällig bewegen und miteinander kollidieren, und dies ist die Voraussetzung für die Diffusion."

Trotz der breiten Verwendung von flüssigkeitsbasierten Papiertechnologien gibt es Lücken im Verständnis der grundlegenden Wissenschaft hinter seinem Verhalten. Chakraborty und seine Schüler, Kaustav Chaudhury und Shantimoy Kar, helfen, diese Lücke zu füllen.

Durch das Verständnis der Verbreitung von Flüssigkeit im Paradigma der Diffusion können Wissenschaftler es genauer steuern, um neue Produkte zu erzeugen und zu verfeinern, bei denen die Flüssigkeit durch Papier verteilt wird. Zum Beispiel haben aktuelle Märkte eine wichtige potenzielle Eigenschaft von Papier bestätigt: als essentieller Baustein eines Schnelldiagnose-Kits in einem Ultra-Low-Cost-Paradigma.

Beispiele für diese Anwendung umfassen Schwangerschaftsteststreifen; Alkalinitäts- oder Säuretests von Schönheits- und Babyseifen unter Verwendung eines Papierstreifens; Papierstreifen zur Überprüfung der Wasserqualität; und medizinische Diagnose unterstützt durch Papier-Streifen-Tests von Urin, Speichel und Blut. Das Diffusionsmodell des Autors für das Ausbreiten von Flüssigkeit in Papier kann auch die zum Schreiben, Zeichnen und Malen verwendeten Papiere und Tinten verbessern.

Als nächstes planen die Forscher, intelligente und kompakte Technologien für Diagnosezwecke zu entwickeln und die bestehenden papierbasierten Plattformen voranzutreiben.

"Die wichtigsten Ziele sind schnelle Ergebnisse auf Kosten niedriger Kosten. Zu diesem Zweck zeigt das Papier eine viel versprechende Aussicht, ein Werkzeug zu sein, das beiden Zielen dient. Die vorliegende Arbeit wird, wie wir glauben, den Weg ebnen Design und Entwicklung der papierbasierten Technologien für eine breitere Öffentlichkeit ", sagte Chakraborty.

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