Ett internationellt forskargrupp, ledd av Monash University, har för första gången upptäckt mysteriet bakom bildandet av 'kafferingar' genom att undersöka dropparnas kontaktvinkel på en yta, och hur de torkar.

Forskningssamarbetet mellan Monash University och Cambridge University utvecklade också en matematisk modell som kan förutsäga när en kaffering kunde observeras i hårda sfäriska partikelsystem.

Professor Gil Garnier, Direktör för BioPRIA (Bioresource Processing Research Institute of Australia) vid Institutionen för kemiteknik vid Monash University, ledde ett internationellt team att utforska hur mönster bildades från förångande droppar - ett fenomen som har mystifierat fysiker i åratal.

Professor Garnier sa denna upptäckt, skapad av Dr. Michael Hertag från BioPRIA, kunde öppna dörrar i bloddiagnostikarenan, särskilt för upptäckten av behandlingar för anemi och andra blodsjukdomar.

Mönsterbildning är en vanlig förekomst vid torkning av kolloidala vätskor, som mjölk, kaffe, måla, aerosoler, och i blod.

Vanligast i droppar är en ringfördelning där vätskepartiklarna har flyttat till kanten, som kallas en kaffering, vid torkning. Denna insättning är ogynnsam i många tillverkningsprocesser och är av experter av grundläggande intresse i byggnaden, medicinsk, och ingenjörsyrken.

De drog slutsatsen att kontaktvinklarna vid vilka en droppe placeras på en fuktad yta bestämmer förekomsten av kaffevinklar. När droppen placeras i en hög kontaktvinkel, inga kafferingar finns.

"Vår forskning identifierade kontaktvinkeln som bildas av suspensionen av droppar på ytan och dess fasta innehåll som de två viktiga styrande variablerna för kafferingsbildning, "Sade professor Garnier.

"Även om framgångsrik modellering har uppnåtts tidigare, vi visar här för första gången att för varje kontaktvinkel, det finns en kritisk initial kolloidvolymfraktion över vilken inget ringliknande mönster kommer att bildas.

"Väsentligen, ju lägre kontaktvinkel, desto högre sannolikhet att ringprofiler kommer att hittas. "

När en droppe placeras på en yta, det når snabbt en uppenbar jämviktsposition som kan, för små droppar, definieras enbart av kontaktvinkel och radie.

Avdunstningshastigheten och variationen av massfluiditet på droppens yta beror på många faktorer, inklusive vätskans ångtryck, geometrin på droppens yta samt hastigheten och det partiella trycket i den omgivande atmosfären.

Torkningsexperiment genomfördes genom att placera en 6 µl droppe lösning på ett substrat med en Eppendorf -pipett. Droppen fick torka i ett fuktighets- och temperaturkontrollerat rum som hölls vid 23 grader C och 50 procent relativ fuktighet.

"Vi visade att närvaron eller frånvaron av en kaffering endast kan förutses av den initiala volymfraktionen av partiklar i en suspension och kontaktvinkeln som bildas av suspensionen på ytan av intresse, "Dr Garnier sa.

"Med hjälp av detta fynd, vi kunde sedan beräkna en modell för att förutsäga kafferingsbildning från kontaktvinklar med hjälp av ett antal vätskedroppar.

"Denna modelleringsteknik och dess resulterande insikter är nya kraftfulla verktyg för att optimera tillverknings- och diagnostekniker."