نظرية جديدة تشرح تكوين بقعة القهوة

لقد نجح الباحثون في صياغة نموذج يمكن من خلاله إظهار كيفية تبخر القطرة الغروية، وبالإضافة إلى ذلك فقد وجدوا آلية تم التغاضي عنها سابقًا والتي تصف بشكل أكثر دقة ديناميكيات ترسب الجسيمات في القطرات المتبخرة، وهي آلية قد تكون مهمة في العديد من الحالات. مجالات التكنولوجيا

[ترجمة د.نحماني موشيه]

لقد كان تكوين بقعة القهوة البسيطة موضوعًا لأبحاث معقدة لعقود من الزمن، على الرغم من أنه لا تزال هناك أسئلة مفتوحة في هذا المجال. لقد نجح الباحثون في صياغة نموذج يمكن من خلاله إظهار كيفية تبخر القطرة الغروية، وبالإضافة إلى ذلك فقد وجدوا آلية تم التغاضي عنها سابقًا والتي تصف بشكل أكثر دقة ديناميكيات ترسب الجسيمات في القطرات المتبخرة، وهي آلية قد تكون مهمة في العديد من الحالات. مجالات التكنولوجيا.

وقال حسن مسعود، وهو أستاذ في جامعة كاليفورنيا، "إن فهم ديناميكيات ترسيب الجسيمات والتحكم فيها أثناء تبخر القطرات الغروية يمكن استخدامه في تسلسل الحمض النووي، وتطوير مواد صبغية مبتكرة، والطباعة بالأحبار، وإنتاج هياكل نانوية ومجهرية مرتبة". أستاذ في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة رينو بولاية نيفادا. "والآن نحن نفهم هذه الظاهرة أفضل بكثير من ذي قبل. يعتمد اكتشافنا على محتوى بحثي مكثف، لكننا تقدمنا ​​بالمجال خطوة أخرى إلى الأمام ونجحنا في تطوير نموذج للعلاقة المتبادلة بين الجسيمات العالقة ومساحة السطح الحرة للقطرة. نعتقد أن النتائج التي توصلنا إليها قد تغير بشكل كبير التصور السائد فيما يتعلق بالآلية المسؤولة عن ما يعرف بظاهرة "بقعة القهوة".

عندما تجف قطرة على سطح ما، فإن الجزيئات الموجودة في تلك القطرة عادة ما تستقر في نمط يشبه الدائرة تاركة وصمة عار أو بقايا، وهي ظاهرة تعرف باسم "تأثير حلقة القهوة". ويكيبيديا). وحتى الآن، يعتقد الباحثون أن البقعة تشكلت نتيجة لتدفق السائل داخل القطرة. ووجد الباحثون أن المساحة السطحية الحرة للقطرة، أي الطبقة الخارجية المتلامسة مع الهواء، تلعب دورا حاسما في ترسيب الجزيئات. وقال الباحث الرئيسي: "عندما تتبخر القطرة، تنهار مساحة السطح الحرة وتحبس الجزيئات الصلبة بداخلها". "تظهر نظريتنا أنه في النهاية جميع الجسيمات محاصرة داخل مساحة السطح الحرة وتبقى هناك لبقية رحلتها نحو حافة القطرة".

واستخدم الباحثون نظام نمذجة أقل شهرة يمكن من خلاله اختزال المعادلات ثلاثية الأبعاد التي تعبر عن الآلية إلى معادلة أحادية البعد. يوضح الباحث: "إن نهجنا المبتكر القائم على هذا النموذج يميز دراستنا عن الدراسات السابقة". "لم يستخدم أحد هذا النموذج لحل هذه المشكلة، ويتيح لنا النموذج متابعة حركة الجزيئات الموجودة بشكل طبيعي في القطرة." قد يسمح هذا الاكتشاف للعلماء بالتحكم في حركة الجزيئات في السائل عن طريق تغيير التوتر السطحي للواجهة بين السائل والغاز، بدلاً من التحكم في تدفق المادة داخل القطرة. يوضح الباحث الرئيسي: "يمكننا استخدام المواد الخافضة للتوتر السطحي لتغيير التوتر السطحي للقطرة". "في مثال بسيط، إذا قمت بتنظيف الألواح الشمسية، والتي قد تفقد كفاءتها بسبب الأوساخ المتراكمة عليها، فإن الطريقة المفضلة هي التنظيف بالماء، ولكن لا تزال هناك بقع رواسب يصعب إزالتها. "إن استخدام مواد تنظيف خاصة تأخذ في الاعتبار الآلية التي وجدناها سيكون قادرًا على ترك الألواح أكثر نظافة، وبالتالي أكثر كفاءة في تشغيلها."

ملخص المقال

أخبار الدراسة