Китайські матеріалознавці знайшли спосіб порізати звичайну воду лазером. Виявилося, що суміш води з гідрофобними частинками кремнезему дає можливість створювати з неї різноманітні візерунки під впливом лазера, що у майбутньому допоможе, наприклад, у розробці мікрорідинних чипів. Про розробку науковців розповідає видання New Scientist.
Наповнення різними рідинами каналів, які вчені вирізали з води. Jicheng Niu et al. / Nature Communications, 2023
Навіщо різати воду?
Лазерна обробка матеріалів характеризується високою точністю та швидкістю, тому використовується у безлічі галузей: від великої промисловості до електроніки. Однак, воді тиск лазерного випромінювання через вплив поверхневого натягу може спричинити хіба невелику деформацію, не кажучи про зміну форми. Зрештою, вода надто текуча, а тому лазерна різка води буде набагато складнішою за роботу з твердими поверхнями. При цьому така можливість допомогла б у розробці мікрорідинних чипів, які використовуються у біомедицині, біології, аналітичній хімії та фармацевтиці. Рішення знайшли вчені з Університету Сіань Цзяотун спільно з колегами.
Що вирізали вчені?
Автори дослідження виявили, що лазерному різанню на довжині хвилі у 10,6 мікрометра вода піддається, якщо змішати її з гідрофобними наночастинками діоксиду кремнію (кремнезему). Частинки знижують текучість води та коефіцієнт пропускання світла, що дає можливість ефективно поглинати лазерне випромінювання та піддаватися деформації. Поглинене частинками тепло передається воді під ними, що провокує її випаровування. Вода навколо переміщується на її місце разом з гідрофобними частинками, які закривають місце розрізання.
Схематичне зображення впливу лазера на воду з гідрофобними частинками та приклади форм, які вдалося вирізати. Jicheng Niu et al. / Nature Communications, 2023
Важливо, щоб швидкість випаровування води перевищувала швидкість її поповнення у місці впливу лазера, тому у краплі з гідрофобними наночастинками має бути близько 5 відсотків води. У своїх експериментах вчені виявили, що таким чином вони можуть створювати не лише різноманітні форми з точністю вирізання у 200 мікрометрів, а і створювати канали з різних рідин, які можуть змішуватися, що потрібно для мікрорідинних технологій. Вирізані форми зберігаються і після нарізання.
Більше експериментів з водою
🤹Наприклад, вченим вдалося змусити солітон у басейні — стійку відокремлену хвилю — жонглювати крапельками води, які на нього скидали
🍳Також фізики виявили, що зниження температури не впливає на «левітацію» крапель води над розпеченою поверхнею
💧А американські вчені знайшли критичну швидкість струменя води, яка необхідна, аби «прострелити» краплю