مطالعه می یابد برق زمینه می توانید با پرتاب یک curveball

MIT محققان کشف کرده اند یک پدیده است که می تواند مهار و به کنترل حرکت ذرات ریز شناور در تعلیق است. این روش که نیاز به سادگی با استفاده از یک میدان الکتریکی خارجی ممکن است در نهایت منجر به راه های جدید انجام خاص صنعتی یا پزشکی فرآیندهای که نیاز به جداسازی ریز معلق و مواد.

این یافته ها بر اساس یک electrokinetic نسخه از این پدیده است که به curveballs منحنی های خود را شناخته شده به عنوان اثر مگنوس. Zachary شرمن دکترا '19 که در حال حاضر یک فوق دکترا در دانشگاه تگزاس در آستین و دانشگاه MIT و استاد مهندسی شیمی جیمز قو توصیف پدیده جدید در یک مقاله منتشر شده در مجله Physical Review Letters.

مگنوس اثر باعث چرخش جسم کشیده می شود در جهت عمود بر حرکت خود را به عنوان در موبایل و کامپیوتر; آن است که بر اساس نیروهای آیرودینامیکی و عمل در مقیاس ماکروسکوپی -- یعنی به راحتی قابل رویت اشیاء -- اما نه در ذرات کوچکتر. جدید پدیده ناشی از یک میدان الکتریکی می تواند در سوق دادن ذرات به نانو مقیاس های در حال حرکت آنها را در یک کنترل جهت و بدون هر گونه تماس و یا قطعات متحرک.

این کشف به عنوان یک شگفتی به عنوان شرمن شد و, تست جدید نرم افزار شبیه سازی برای تعاملات کوچک نانو ذرات که او در حال توسعه درون های مغناطيسی و الکتريکی. آزمون مورد او مطالعه شامل قرار دادن ذرات در یک الکترولیت مایع است که مایعات با یون یا شارژ اتم ها یا مولکول ها در آنها است.

آن شناخته شده بود او می گوید که زمانی که ذرات فقط چند ده تا صدها نانومتره قرار می گیرد در چنین مایعات آنها باقی می ماند, معلق در آن به جای حل و فصل تشکیل یک کلوئیدی. یون سپس خوشه در اطراف ذرات. جدید نرم افزار با موفقیت شبیه سازی شده این یون خوشه. بعد او شبیه سازی میدان الکتریکی در سراسر مواد. این امر می تواند انتظار می رود برای القاء یک فرآیند به نام الکتروفورز که حرکت ذرات در امتداد در جهت اعمال میشه. دوباره این نرم افزار به درستی شبیه سازی فرایند.

سپس شرمن تصمیم گرفت به آن فشار بیشتر و به تدریج با افزایش قدرت میدان الکتریکی. "اما پس از آن ما شاهد این چیز خنده دار است," او می گوید. "اگر زمینه قوی بود به اندازه کافی شما می توانید عادی الکتروفورز به صورت کمی, اما پس از آن colloids خواهد خود به خود شروع به چرخش." و این جایی است که مگنوس اثر می آید.

نه تنها ذرات در حال چرخش در شبیه سازی به عنوان آنها در امتداد اما "کسانی که حرکات دو همراه با هم و با چرخش ذرات را تغییر جهت دادن از مسیر خود," او می گوید. "این نوع از عجیب و غریب, دلیل این که شما اعمال زور در یک جهت و سپس چیزی که حرکت می کند در یک متعامد [زاویه راست] جهت به آنچه که شما مشخص کرده اید." آن را به طور مستقیم مشابه به آنچه اتفاق می افتد ایرودینامیک با چرخش توپ به او می گوید. "اگر شما پرتاب موبایل و کامپیوتر در بیس بال از آن می رود در جهت شما آن را انداخت اما سپس آن را نیز veers ، بنابراین این یک نوع میکروسکوپی نسخه از آن شناخته شده ماکروسکوپی اثر مگنوس."

هنگامی که اعمال میدان بود و به اندازه کافی قوی ذرات باردار در زمان در یک حرکت قوی در جهت عمود بر میدان. این می تواند مفید باشد او می گوید چون با الکتروفورز "ذرات حرکت به سمت یکی از الکترودها و شما به این مشکل که در آن ذرات حرکت خواهد کرد و سپس آن را اجرا خواهد کرد به الکترود و آن را متوقف کند در حال حرکت است. بنابراین شما واقعا نمی تواند تولید یک حرکت مداوم فقط با الکتروفورز."

به جای استفاده از این اثر جدید می رود در زاویه سمت راست به زمینه کاربردی آن می تواند مورد استفاده قرار گیرد به عنوان مثال به حرکت ذرات در امتداد یک microchannel به سادگی با قرار دادن الکترود در بالا و پایین. که در راه او می گوید این ذرات را "فقط حرکت در امتداد این کانال و آن را هرگز از دست انداز به الکترود." که باعث می شود او می گوید: "در واقع یک راه کارآمد تر به طور مستقیم حرکت ذرات میکروسکوپی."

وجود دارد دو نوع متفاوت از نمونه هایی از فرآیندهای که در آن این توانایی ممکن است در مفید آمده است او می گوید. یکی این است که استفاده از ذرات به ارائه برخی از مرتب کردن بر اساس "حمل و نقل" به یک محل خاص. برای مثال این ذرات می تواند متصل به دارو درمانی "و شما در حال تلاش برای دریافت آن به سایت مورد نظر را که نیاز دارد که مواد مخدر, اما شما نمی توانید به مواد مخدر وجود دارد, به طور مستقیم," او می گوید. یا ذرات ممکن است حاوی نوعی ماده شیمیایی reactant یا کاتالیزور است که نیاز به هدایت به یک کانال خاص برای انجام آن مورد نظر واکنش.

مثال دیگر این است که نوع معکوس است که فرایند: چیدن نوعی از ماده هدف و آوردن آن را به عقب. برای مثال یک واکنش شیمیایی برای تولید یک محصول نیز ممکن است تولید بسیاری از محصولات جانبی ناخواسته. "بنابراین شما نیاز به یک راه برای به دست آوردن یک محصول را," او می گوید. این ذرات می تواند مورد استفاده برای ضبط این محصول و پس از آن استخراج شده با استفاده از اعمال میدان الکتریکی. "در این راه آنها نوع عمل به عنوان کوچک جاروبرقی," او می گوید. "آنها را انتخاب کنید تا به چیزی که شما می خواهید و سپس شما می توانید حرکت آنها را در جایی دیگر و پس از آن انتشار این محصول که آن را آسان تر برای جمع آوری."

او می گوید: این اثر باید درخواست برای یک آرایه وسیعی از اندازه ذرات و ذرات مواد و این تیم ادامه خواهد داد به مطالعه مختلف چگونه خواص مواد تاثیر سرعت چرخش و یا سرعت ترجمه از این اثر است. پدیده اساسی باید تقاضای خود را به تقریبا هر ترکیبی از مواد به صورت ذرات و مایع از آنها به حالت تعلیق در زمانی که این دو متفاوت از یکدیگر در نظر الکتریکی ملک به نام دی الکتریک ثابت است.

محققان در نگاه مواد با ثابت دی الکتریک مانند ذرات فلزی معلق در یک مقدار پایین تر-انجام الکترولیت مانند آب یا روغن. "اما شما همچنین ممکن است قادر به دیدن این کار را با هر دو مواد است که در مقابل" در ثابت دی الکتریک شرمن می گوید برای مثال با دو روغن که نمی مخلوط و در نتیجه شکل قطرات معلق.

###

کار پشتیبانی توسط ناسا و بنیاد ملی علوم.

پس زمینه های اضافی

مقاله: "خود به خود electrokinetic مگنوس اثر است." https://journals.aps.org/prl/انتزاعی/10.1103/PhysRevLett.124.208002

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.