Formas ar 'kapilāru lādiņiem' pašas saliekas uz šķidrumu virsmas

Kad šķidrums nonāk saskarē ar cietu vielu, šķidruma virsma deformējas spēku starp dažādām iesaistītajām molekulām dēļ. Šie tā sauktie kapilārie spēki var pacelt šķidrumu saskarnē vai nospiest to. Daudz kas ir atkarīgs no iesaistītajiem intramolekulārajiem spēkiem, bet arī cietās vielas formai ir nozīme.

Šie spēki noved pie svarīgām un pazīstamām parādībām. Uzsūkšanas process ir tāds, kad šķidrums tiek ievilkts šaurā caurulē pret gravitāciju. Šis ir viens no galvenajiem procesiem, ar kuru koki un augi izvelk ūdeni no zemes.

Taču ir arī mazāk zināmas lietojumprogrammas. Viena no idejām ir izmantot kapilāros spēkus, lai peldošās daļiņas pašas savāctos lielākās, sarežģītākās formās.

Mūsdienās Nikolass Vandevals un draugi Lježas Universitātē Beļģijā ir izstrādājuši pilnīgi jaunu veidu, kā manipulēt ar kapilārajiem spēkiem pašmontējošām konstrukcijām. Šo puišu pilnveidotais triks ir radīt gan pievilcīgus, gan atbaidošus spēkus, rūpīgi kontrolējot to daļiņu formu, kuras viņi vēlas savākt. Mūsu metode ir balstīta uz kapilāru daudzpolu izveidi, kas izraisa pievilcīgu vai atgrūdošu spēku, viņi saka.

Viens no veidiem, kā radīt gan pievilcīgus, gan atgrūdošus spēkus, ir celtniecības bloku pārklāšana ar hidrofobiem vai hidrofiliem pārklājumiem. Tas rada dažādus kapilāru 'lādiņus'. Un, tā kā pretējie lādiņi piesaista, bet līdzīgi lādiņi atgrūž, to var izmantot pašsavienošanās laikā.

Bet tas ir laikietilpīgs bizness, jo īpaši, ja viena un tā paša bloka dažādām daļām jābūt pievilcīgām un atbaidošām, un tām ir nepieciešams atšķirīgs pārklājums.

Daudz vienkāršāks būtu veids, kā vienā solī izgatavot celtniecības blokus ar nepieciešamajiem kapilāru lādiņiem. Un tieši to Vandewalle un citi ir izdarījuši.

Šie puiši parāda, kā celtniecības bloku saliekšana, lai tie vairs nebūtu plakani attiecībā pret šķidruma virsmu, var izraisīt dažādus kapilāru lādiņus.

Un viņi ir izmantojuši 3D printeri, lai izveidotu dažus milimetrus lielus blokus vajadzīgajās formās, lai izveidotu kapilārus daudzpolus. Pēc tam viņi ir novērojuši, kā tie pulcējas, peldot uz ūdens.

Tehnika ir vienkārša. Izstrādājuši un apdrukājuši celtniecības blokus, viņi novieto tos uz stiepļu sieta, kas sakārtoti pēc nejaušības principa, un pēc tam lēnām nolaiž to ūdens tvertnē. Pēc tam viņi novēro celtniecības blokus, kad tie peld pa virsmu un saplūst.

Rezultāti ir interesanti. Tie skaidri parāda, kā īpaši izstrādātie celtniecības bloki tiek savākti liela mēroga formās, kas saglabā atsevišķu bloku simetriju. Patiešām, vienā piemērā 35 celtniecības bloki tiek apkopoti ideālā piecstūrī. Šis darbs paver jaunas perspektīvas pašmontāžai, saka Vandewalle un citi.

Un viņi saka, ka tehnikas apvienošana ar magnētiem varētu ļaut 3D formām pašiem savākties.

Tas ir potenciāli svarīgs sasniegums mezoskopiskajai montāžai. Un celtniecības blokus var padarīt ievērojami mazākus, jo kapilārie spēki darbojas mērogos līdz mikrometru diapazonam.

Vandewalle un kolēģi neapspriež, kā viņi plāno izmantot šo jauno paņēmienu, kas sniedz Technology Review lasītājiem ideālu attaisnojumu, lai īstenotu dažas savas idejas. Lūdzu, ieteikumus komentāru sadaļā zemāk.

Atsauce: arxiv.org/abs/1310.4847 : Mezo mēroga pašmontāžas pielāgošana ar 3D drukāšanu

paslēpties