Har du lagt merke til at flekker av kaffesøl blir til ringer når de tørker? Det er et kjent fenomen som til og med har fått navn: Kaffering-effekten.
Ringene oppstår fordi vannet fordamper mest langs kanten og erstattes av nytt kaffesøl som strømmer til. Kaffepartiklene blir liggende igjen langs kanten.
Samme fenomen finner vi for alle væsker med partikler. Effekten har praktisk betydning også, eksempelvis for blekkskrivere.
En gruppe forskere ved PoreLab, et senter for fremragende forskning ved NTNU og UiO, har latt seg fascinere av kaffeflekkene og tatt forskningen et skritt videre:
Hva skjer hvis vi klemmer en dråpe med mikroskopiske partikler mellom to glassplater og lar den tørke veldig sakte?
De har også fått publisert en vitenskapelig artikkel om resultatene i Proceedings of the National Academy (PNAS).
Intrikate labyrinter
– Jeg ville ikke gjettet på at vi skulle få så interessante mønstre, sier professor Eirik Grude Flekkøy ved Fysisk institutt på UiO.
Tidligere har han kommet over labyrintmønstre flere steder i naturen – og studert dem i alt fra selers neser til geologiske systemer.
Mekanismene bak disse labyrintene har forskerne funnet ut er en kombinasjon av friksjon og overflatespenning.
– Denne gangen hadde vi med mye mindre partikler å gjøre, sier Flekkøy, som forteller at NTNU-kollega Erika Eiser oppdaget at nye mekanismer tar over bare partiklene blir tilstrekkelig små, i dette tilfellet rundt to mikrometer i diameter.
Flekkøy forklarer at når partiklene blir så små, endrer de effekten av overflatespenningen i væsken, som vanligvis bidrar til å gjøre overflatearealet så lite som mulig. I dette tilfellet skaper de små partiklene en stikk motsatt effekt, der overflatearealet vokser og skaper intrikate, foldede strukturer.
De bittesmå partiklene svever og beveges av molekylene i væsken. Når væsken fordamper, vil partiklene samles ved overflaten. Etter hvert som dråpen skrumper inn, konsentreres partiklene, og det dannes «fingre» som blir til labyrinter.
Motiverende
Akkurat disse eksperimentene er grunnforskning og ikke motivert av noen spesiell anvendelse ennå.
– Men bare det å forstå slike overraskende mønsterdannende prosesser og mekanismene som ligger under dem, kan i seg selv motivere andre prosjekter som potensielt er mer anvendte, sier Flekkøy.
Han forteller at tørkemønstre finnes mange steder i naturen, som i elveleier, mudderbunner og ørkener. Innen teknologi kan tørking av partikkelholdige strømmer finnes i malinger, saltproduksjon, farmasøytiske prosesser, skrivere og mer.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
Skal spare kuler, krutt og bensin ved å trene soldater i simulator
