3D-gedruckte Partikel bewegen sich über die Oberfläche einer Flüssigkeit

Ein kleines Team von Physikern an der Universität Amsterdam hat die Fähigkeit von 3D-gedruckten Partikeln demonstriert, sich mit dem richtigen Treibstoff über die Oberfläche einer Flüssigkeit zu bewegen. Die Gruppe hat gepostet ein Papier, das ihre Partikel auf dem beschreibt arXiv Preprint-Server.

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Tröpfchen mit einer Oberflächenspannung, die niedriger als die Oberflächenspannung der umgebenden Flüssigkeit ist, sich ausbreiten, anstatt sich zu vermischen, ein Phänomen, das als Marangoni-Effekt bekannt ist. Ein Tropfen Alkohol in einer Tasse Wasser verteilt sich beispielsweise auf der Oberfläche, anstatt sich mit dem Wasser zu vermischen, und verbleibt dort, bis er verdunstet ist. Bei diesem neuen Versuch nutzte das Forschungsteam diesen Effekt, um selbstantreibende Partikel zu erzeugen.

Die Partikel wurden per 3D-Druck in die Form eines Hockey-Pucks gebracht – jedes hatte einen Durchmesser von etwa 1 Zentimeter. Die Partikel waren hohl und daher schwimmfähig. Die Forscher beschrieben den hohlen Teil des Pucks als Treibstofftank, in den sie eine kleine Menge Alkohol gossen. Sie haben auch ein kleines Loch in den Puck gestochen, damit der Alkohol langsam entweichen kann, wenn er in eine Tasse Wasser gegeben wird. Aufgrund des Marangoni-Effekts versuchte sich der Alkohol auszubreiten und riss den Puck mit sich.

Tests ergaben, dass sich die Partikel umso schneller bewegten, je stärker der Alkohol war – die schnellste war etwa 6 Zentimeter pro Sekunde. Sie fanden außerdem heraus, dass sie das Teilchen bis zu 500 Sekunden lang in Bewegung halten konnten. Sie trieben auf die gleiche Weise auch größere Partikel an und fanden heraus, dass die Bewegung von mehr als einem Partikel auf der Oberfläche einer Flüssigkeit den sogenannten „Cheerio-Effekt“ in Gang setzen könnte, das Phänomen, bei dem einzelne Cheerios in einer Schüssel mit Milch auftreten werden aneinander haften und sich im Tandem bewegen.

Das Forschungsteam schlägt vor, dass ihre Partikel als Inspiration für Umweltsanierungsbemühungen dienen oder dabei helfen könnten, eine Chemikalie (die in einem zweiten Tank aufbewahrt wird) über die Oberfläche einer anderen zu verteilen, um sie so gleichmäßiger zu verteilen, als dies durch einfaches Mischen möglich wäre.

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