Генерация спиралевидных узоров Ферма в водной двухфазной системе путем намотки, управляемой раствором Марангони
Команда под руководством профессора Андерсона Хо Чунг Шума с факультета машиностроения Гонконгского университета (HKU) совершила ключевой прорыв в гидродинамике, разработав трехмерную транспортную систему Марангони в двухфазной водной системе. Проект осуществлялся в сотрудничестве с профессором Нилом Рибе из Университета Париж-Сакле. Взаимодействие между солью (CaCl2) и анионогенным поверхностно-активным веществом (додецилбензолсульфонат натрия) создает градиенты поверхностного натяжения, которые управляют процессом переноса. Открытие опубликовано в Nature Communications.
Массоперенос на основе растворенного эффекта Марангони.
a Создание градиентов SFT (γ) путем добавления капли масла или твердого вещества, содержащего поверхностно-активное вещество, к поверхности водного раствора, и возникающее в результате растекание, вызванное Марангони, и конвекция Марангони.
b Транспорт Марангони от капли к поверхности объемного раствора (за счет конвекции Марангони), а затем на границе воздух/вода (за счет эффекта Марангони).
Предоставлено: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34368-5
Команда под руководством профессора Андерсона Хо Чунг Шума с факультета машиностроения Гонконгского университета (HKU) совершила ключевой прорыв в гидродинамике, разработав трехмерную транспортную систему Марангони в двухфазной водной системе. Проект осуществлялся в сотрудничестве с профессором Нилом Рибе из Университета Париж-Сакле.
Эффект Марангони привлек значительное внимание из-за его фундаментальной роли в многочисленных процессах направленного переноса жидкости в природе с момента его первой идентификации Джеймсом Томсоном в 1855 году и последующего исследования Карло Марангони. Изучение растворенного эффекта Марангони процветало в последние годы с особым интересом к распространению жидкостей, вызванному Марангони, и возникающим в результате закономерностям, а также к конвекции Марангони в объемной жидкости. Однако эти описанные транспортные процессы в основном двумерны.
Команда профессора Шума разработала новый тип непрерывной транспортной системы Марангони, основанный на распространении Марангони и конвекции Марангони. Взаимодействие между солью (CaCl2) и анионогенным поверхностно-активным веществом (додецилбензолсульфонат натрия) создает градиенты поверхностного натяжения, которые управляют процессом переноса.
Этот трехмерный перенос Марангони состоит из восходящего переноса нити из капли, находящейся на дне объемного раствора, скручивания нити у поверхности и формирования спиралей Ферма на поверхности.
Транспортная система Марангони. Предоставлено: Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-34368-5Система состоит из водных растворов полиэтиленгликоля (ПЭГ) и декстрана (ДЭКС), которые относятся к классу водных двухфазных систем, вызывающих растущий интерес благодаря своей простоте и биосовместимости.
«Использование водной двухфазной системы, с одной стороны, может поддерживать непрерывный перенос соли между каплей и объемным раствором, а с другой стороны, может вдохновить на некоторые биологические приложения», — сказал д-р Ян Сяо, первый автор этой статьи и научный сотрудник группы профессора Шума.
Система находится в неравновесном состоянии из-за переноса CaCl2, но, что интересно, на выходе получаются сильно упорядоченные спиральные узоры Ферма. «Автоматический перенос материалов из капли в объемном растворе на поверхность воздух-вода происходит строго упорядоченным образом. Эта особенность может вдохновить на разработку новых методов изготовления волокон с использованием неравновесных систем», — добавил профессор Шум.
Открытие опубликовано в Nature Communications.
