Molekyler rör sig slumpmässigt, kolliderar med varandra i ständig rörelse. Du kan till och med känna lukten av denna process ibland; det är hur parfymen sprider sig över ett rum när luften är stilla. Processen kallas diffusion och teorin om diffusion kan tillämpas på vätskespridning genom papper, också - en process på jobbet i en rad vardagsprodukter, från bläckpennor till pappersprovplåster för medicinska tester.

Nu, ett team av forskare i Indien har utvecklat en modell som fördjupar deras konceptuella grepp om hur vätskor sprids genom papper.

"Vätskespridning i ett papper är i huvudsak slumpmässig vätskerörelse genom ett slumpmässigt fördelat nätverk av fibrer, " sa Suman Chakraborty, ledande forskare för undersökningen vid Indian Institute of Technology Kharagpur, och Advancement Technology Development Centre, båda ligger i Kharagpur, Indien. Resultaten publiceras denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik .

Diffusion är en välkänd process. Men lagets utarbetande av diffusionsteori i samband med interaktioner mellan papper och vätska, som utgör slingrande fibernät för att transportera dynamik, är ny och avslöjar nya teoretiska detaljer. I deras experiment, forskarna observerade bläck spridas på filterpapper med hjälp av ett svepelektronmikroskop.

Teamet kartlade vätskespridningsdynamiken från en enda fiberkapillär till ett större nätverk av fibrerna. De beräknade sedan de resulterande transportegenskaperna, med resultat som bekräftar ett generaliserat enhetligt perspektiv på diffusion på jobbet i processen för vätska som rör sig genom en pappersmatris. Skannade mikrografiska bilder visar pappersfiberdistributioner, tillsammans med mikro-partikel-bild-velocimetri-måttet på slumpmässig vätskerörelse genom nätverket.

"Vår studie visar att trots sådan diversifierad användning av papper som interagerar med vätskor, det finns en grundläggande unikhet med vätska som sprids genom papper som leder mot en allmän och enhetlig teori om det, " sa Chakraborty.

Teorin hävdar att molekyler av en vätska rör sig genom fibernätverket av papper enligt principerna för universell diffusiv dynamik. "Papper består av ett nätverk av fibrer som distribueras slumpmässigt, " sade Chakraborty. "Som en konsekvens, slumpmässig rörelse av vätskan i alla möjliga riktningar uppstår. Vi vet att molekyler rör sig slumpmässigt och kolliderar med varandra, och detta är förutsättningen för diffusion."

Trots omfattande användning av vätskeinfunderade pappersteknologier, det finns luckor i förståelsen av den grundläggande vetenskapen bakom dess beteende. Chakraborty och hans elever, Kaustav Chaudhury och Shantimoy Kar, hjälpa till att fylla det gapet.

Genom att förstå vätskespridning i diffusionsparadigmet, forskare kan kontrollera det mer exakt för att skapa och förfina nya produkter som involverar vätskespridning genom papper. Till exempel, nuvarande marknader har validerat en viktig potentiell egenskap hos papper:att fungera som den väsentliga byggstenen i ett snabbt diagnostiskt kit i ett ultralågkostnadsparadigm.

Exempel på denna applikation inkluderar graviditetstestremsor; alkalinitets- eller surhetstest av skönhets- och babytvål med hjälp av en pappersremsa; pappersremsor för kontroll av vattenkvalitet; och medicinsk diagnos med hjälp av papperstester av urin, saliv och blod. Författarens spridningsmodell för vätskespridning i papper kan också förbättra papper och bläck som används för att skriva, rita och måla.

Nästa, utredarna planerar att utveckla smarta och kompakta tekniker för diagnostiska ändamål, att utveckla de befintliga pappersbaserade plattformarna.

"De viktigaste målen är att uppnå snabba resultat på bekostnad av låga kostnader. För detta ändamål, uppsatsen visar en lovande utsikt att vara ett verktyg för att tjäna båda målen. Det nuvarande arbetet, som vi tror, kommer att bana väg för design och utveckling av den pappersbaserade tekniken för att tjäna en bredare allmänhet, " sa Chakraborty.