Du är på kontoret. Du har skrivit en rapport och trycker på Skriv ut. Gå till skrivaren och hämta den färska, bläckstråletryckt papper. När du beundrar ditt arbete, var du medveten om att forskare överväger laddningen av partiklarna i det flytande bläcket för förbättrad utskriftskvalitet? Var du medveten om att förståelse av partiklars laddningar gör det möjligt för ingenjörer att få färger att aggregeras (samlas ihop) eller spridas enligt sådana partikelinteraktioner?

Ett ytaktivt ämne är något som tillsätts till en vätska (i denna studie), för att få den att fungera med andra ytor. Människor använder ytaktiva ämnen dagligen hemma med tvål, tvättmedel och schampon som hjälper till att ta bort smuts från ytor. Ytaktiva ämnen har också viktiga industriella användningsområden såsom i foder av rörledningar för att minska motståndet. Som man kan föreställa sig, förstå hur effekten av laddningar av partiklar i vätska kan ha betydande inverkan på hur väl ytaktiva ämnen fungerar och system fungerar effektivt. Tills nu, det fanns en frånvaro av utforskning av hur vätskeflödet påverkar laddningen av partiklarna i vätskan, ytor och ytaktiva ämnen.

För att undersöka flödet, Cathy McNamee och Hayato Kawakami från Shinshu University byggde en apparat där de kombinerade ett atomkraftmikroskop, peristaltisk pump och kamera för att visuellt fånga vätskan i flödesprocessen. De använde kiseldioxidpartiklar och kiselwafers, båda med negativt laddade ytor i närvaro av joniska ytaktiva ämnen. Ett joniskt ytaktivt ämne har ett "huvud" som drar till sig vatten och en "svans" som stöter bort vatten. Ett negativt och positivt ytaktivt ämne med samma kedjelängd användes för att bestämma effekten av laddningen på krafterna, natriumdodecylsulfat (anjonisk tensid) och dodecyltrimetylammoniumbromid (katjonisk tensid).

McNamee och Kawakami kunde fastställa att:

• Adsorptionen av de ytaktiva medlen till partiklarna kan förändras när vätskeflödet ändrar krafterna mellan laddade partiklar.
• När laddningen av det ytaktiva medlet var samma som ytan, vätskeflödet ökade inte adsorptionen av de ytaktiva medlen till partikelytorna, men ökade antalet joner nära ytorna. De interpartikelavstötande krafterna minskade något.
• När laddningen av det ytaktiva medlet var motsatt partiklarna, en låg koncentration av ytaktivt flöde ökade adsorptionen av de ytaktiva medlen till partikelytorna. Detta förändrade krafterna mellan partiklarna och kunde ändra attraktioner till repulsioner om lämplig koncentration av ytaktivt ämne användes. Med höga koncentrationer av ytaktiva ämnen där laddningen av ytorna ändras i frånvaro av flöde, flödet tenderade att öka styvheten hos filmen av de adsorberade ytaktiva medlen.
• Det kan vara möjligt att kontrollera aggregationsförmågan hos laddade partiklar med flödeshastigheten om lämplig typ av ytaktivt medel och koncentration används.

Professor McNamee fann att flödeshastigheten möjligen kan användas för att kontrollera aggregationen och spridningen av laddade partiklar, vilket möjliggör mindre användning av ytaktiva ämnen. Under verkliga användningar som vattenrening, det är möjligt att ta bort orenheter och skadliga ämnen genom att använda laddningar för att samla eller stöta bort vissa ämnen. Även våra kroppar använder på ett smart sätt ytaktiva ämnen, för. Gallsalter, (ett ytaktivt ämne!) hjälper till med matsmältningen. De potentiella tillämpningarna av denna forskning sträcker sig från medicin, såsom flödescytometer till alla aspekter av industrin.