Молекулярний насос

2016-06-01T18:16:33Z

Володимир Комарянський:

[[Файл:Рис1._Молекулярний_насос.gif|300px|thumb|Рис.1. Молекулярний насос]]
'''Молекулярний насос''' - вакуумний насос, вражаюча дія якого заснована на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості при зіткненні їх з швидко обертовим (частота обертання до 90 тис. Об / хв) ротором. Розрізняють молекулярні насоси циліндричні, дискові, конічні і ін. Залишковий тиск від 10 до 10-9 Па.

== '''Принцип роботи''' ==
Молекулярні насоси з однаковим напрямком руху газу і стінки каналу мають багато конструктивних різновидів. Насос (рис. 1) має в статорі 3 набір циліндричних канавок 4, вхідні і вихідні отвори в яких розділені перегородкою 1. Ротор 2 обертається з великою частотою так, що його лінійна швидкість близька до теплової швидкості молекул.

Спіральний паз на поверхні статора 2 і циліндрична поверхня ротора 3 утворюють робочий канал (схема на рис. 1б). Спіральні канавки на торцевих поверхнях статора 1, віддалені на мінімальній відстані від диска, що обертається 2, використовуються для молекулярної відкачки в схемі рис. 1в. Через зазор між статором і ротором відбувається повернення газу з камери стискання в камеру всмоктування, що погіршує реальні характеристики насосів. Нормальна робота таких насосів можлива при зазорі між ротором і статором не перевищує 0.1 мм.

Молекулярні насоси із взаємно перпендикулярним рухом робочих поверхонь і потоку відкачуваного газу набули широкого поширення. Конструкція турбомолекулярного насоса, що використовує цей принцип, багато в чому визначається розташуванням вала ротора: горизонтальним або вертикальним, пристроєм і формою робочих органів: циліндрові, конусні, дискові з радіальним потоком, дискові з осьовим потоком, барабанні.
Великий вплив на характеристики насоса надає конструкція опорних вузлів: на змащуваних підшипниках кочення, на магнітних опорах або газової подушці.

== '''Переваги і недоліки молекулярних насосів''' ==
'''Переваги''':
*Для початку роботи насоси вимагають мало часу. У міру досягнення передбаченого числа обертів вони вже працюють з повною продуктивністю.
*Пари масла не повинні сходити до складу залишкових газів.
*Насоси нечутливі до прориву повітря.
*Властивість цих насосів швидше відкачувати важкі гази, що в ряді випадків має велике значення.
'''Недоліки:'''
*У більшості конструкцій зазори в цих насосах не повинні перевищувати кілька сотих міліметра. Така точність значно здорожує насос.
*Наявність рухомих деталей призводить до зносу насосів.
*Насоси чутливі до забруднень і від попадання в них металевих або скляних частинок приходять в непридатність.
*Досягаються значення швидкості дії значно нижче, ніж у дифузійних насосів[http://www.vactron.org/index.php/vakuumnye-nasosy/busternyj-diffuzionnyj-nasos-ulvac].
*Робота молекулярних насосів пов'язана зі значним шумом.
[[Файл:ТМН1.jpg|300px|thumb|right|Турбомолекулярний насос в розрізі]]
== '''Турбомолекулярний насос''' ==
'''Турбомолекулярний насос''' - один з видів вакуумних насосів, що служить для створення і підтримки високого вакууму. Дія турбомолекулярного насоса засновано на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості в напрямку відкачування обертовим ротором. Ротор складається з системи дисків. Вакуум, що створюється Турбомолекулярний насосом, - від 10 -2 Па до 10-8 Па (10-10 мбар; 7.5 -11 мм рт ст). Швидкість обертання ротора - десятки тисяч обертів на хвилину. Для роботи вимагає застосування форвакуумного насоса.

'''Принцип роботи'''
[[Файл:ТМН(принципова схема).jpg|300px|thumb|left|Рис.2. Принципова схема ТМН]]
Принцип дії турбомолекулярного насоса заснований на повідомленні молекулам розрідженого газу спрямованої додаткової швидкості швидко рухомою твердою поверхнею.
На Рис.2. представлена принципова схема турбомолекулярного насоса. Робочий механізм насоса утворений роторними 3 і статорними 2 дисками, що мають радіальні косі пази- канали, бічні стінки яких нахилені відносно площини диска під кутом 40-150; причому пази статорів дисків розташовані дзеркально щодо пазів роторних дисків. Між статорними дисками і валом ротора і між роторними дисками і корпусом насоса є зазори. При молекулярному режимі течії газу в насосі, тобто при тисках нижче 1-10-1 Па, така система рухомих і нерухомих пазів забезпечує переважне проходження молекул газу в напрямку відкачування.

Дійсно, молекула газу, що пройшла через статорний паз, потрапивши в паз роторного диска, має велику ймовірність пройти через нього, тому що бокова стінка 1 роторного паза йде зі шляху молекули, а стінка 2 не може її наздогнати, в той час як така ж молекула, підходяща до роторного диска праворуч, тобто проти напрямку відкачування, яка увійшла в паз, буде з великою ймовірністю відбита стінкою 2 роторного паза і відображена назад в напрямку відкачування.
Молекули, відбиті роторним диском, крім теплової швидкості, набувають додаткову швидкість. Ця швидкість дорівнює окружній швидкості роторного диска і спрямована паралельно осі насоса. Завдяки відповідному куту нахилу бічних стінок статорного паза тут також забезпечується переважне проходження молекул в напрямку відкачування. Ефективність насоса зростає з ростом окружної швидкості Vокр ротора і зі зменшенням найбільш вірогідної швидкості молекул Vв.
Розрахунки показують, що максимальна швидкість дії досягається при куті нахилу пазів близько 300. З іншого боку для отримання досить високого ступеня стиснення в одному щаблі (від 3 до 5) кут нахилу паза повинен бути не більше 200. Тому в сучасних насосах високо вакуумні ступені виконуються з кутом нахилу 350, а решта 200.
Турбомолекулярні насоси мають дуже високий коефіцієнт стиснення для важких газів, то під час роботи ці насоси є надійним бар'єром проти проникнення важких молекул масла з форвакуумної порожнини насоса.

== '''Історія''' ==
Турбомолекулярний насос (ТМН) було винайдено і запатентовано у 1957 році В. Беккером (W. Becker)[3] з компанії «Pfeiffer Vacuum», на базі відомих типів конструкцій молекулярних насосів авторства В. Геде (W. Gaede) від 1913, Гольвека (Holweck) від 1923 та Зігбана (Siegbahn) від 1927 року.
За своєю конструкцією насос Беккера був схожий на багатоступінчастий компресор. Основною частиною таких насосів, що отримали згодом назву турбомолекулярних, є рухомі (роторні) диски й нерухомі (статорні) диски. В дисках було виконано косі прорізи, при цьому профілі прорізів статорних дисків були дзеркальним відбиттям роторних прорізів. Насос, описаний Беккером у 1961 році, мав ротор діаметром 600 мм, що обертався зі швидкістю 6000 об/хв. ТМН є ефективним в області високого й надвисокого вакууму. ТМН Беккера мав швидкість відкачування по повітрю 4250 л/с.

Молекулярний насос

2016-06-01T18:14:52Z

Молекулярний насос

2016-06-01T16:40:08Z

Володимир Комарянський:

Молекулярний насос

2016-06-01T16:35:04Z

Володимир Комарянський:

Молекулярний насос

2016-06-01T16:30:28Z

Володимир Комарянський:

[[Файл:Рис1._Молекулярний_насос.gif|300px|thumb|Рис.1. Молекулярний насос]]
Молекулярний насос - вакуумний насос, вражаючі дії яких засновані на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості при зіткненні їх з швидко обертовим (частота обертання до 90 тис. Об / хв) ротором. Розрізняють молекулярні насоси циліндричні, дискові, конічні і ін. Залишковий тиск від 10 до 10-9 Па.

Файл:Рис1. Молекулярний насос.gif

2016-06-01T16:23:10Z

Володимир Комарянський:

Молекулярний насос

2016-06-01T15:15:54Z

Володимир Комарянський: Створена сторінка: Молекулярний насос - вакуумний насос, вражаючі дії яких засновані на повідомленні моле...

Молекулярний насос - вакуумний насос, вражаючі дії яких засновані на повідомленні молекулам відкачуваного газу додаткової швидкості при зіткненні їх з швидко обертовим (частота обертання до 90 тис. Об / хв) ротором. Розрізняють молекулярні насоси циліндричні, дискові, конічні і ін. Залишковий тиск від 10 до 10-9 Па.

Обговорення:Молекулярний насос

2016-02-15T10:13:31Z

Володимир Комарянський: Створена сторінка: Комарянський В. гр. КБ-31

Комарянський В. гр. КБ-31

Ефект кавового кільця

2015-12-02T22:55:51Z

Володимир Комарянський: /* Посилання */

[[Файл:Кавові кільця.jpg|thumb|300px|Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави]]
== Ефект кавового кільця ==
У фізиці, "'''кавове кільце'''" - це візерунок, залишеної калюжі кави (не обов’язково кави), який містить частинки рідини після того, коли вона випаровується. Явище назване по характерній формі кільця осаду по периметру розливу кави. Схоже явище також спостерігається після розлиття червоного вина. Механізм формування цих і подібних кілець відомий як '''ефект кавового кільця'''.

== Механізм потоку ==
В журналі ''Nature[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)]'', Роберт Д. Діган, разом з колегами з Університету Чикаго[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Chicago] показали те, що відбувається зі зразком через капілярний рух, який визваний диференціальною інтенсивністю випаровування всієї краплі: рідина випаровуючись від краю поповнюється за рахунок рідини зсередини. Отриманий потік може нести майже весь дисперсний матеріал до краю.

Подальша робота Ху і Ларсона припускає, що випаровування індукує течії Марангоні[[http://wiki.tntu.edu.ua/Ефект_Марангоні]] всередині краплі. Якщо сильна течія, то вона, насправді, перерозподіляє частинки назад в центр краплі. Таким чином, для частинки нагромадженої на краях, рідина повинна мати слабку течію Марангоні, або щось має статися, щоб потік порушився. Наприклад, поверхнево-активні речовини[https://uk.wikipedia.org/wiki/Поверхнево-активні_речовини] можуть бути додані для зменшення градієнту поверхневого натягу рідини, порушуючи індукований потік. Пізніше Х. Burak Eral і його колеги в в університеті Твенте[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Twente] виконали електрозмочування[https://en.wikipedia.org/wiki/Electrowetting] змінною напругою для погашення кавової плями (тобто немає необхідності додавати поверхнево-активні матеріали). Цей метод збуджує контактні лінії, в якості альтернативи збільшення та зменшення кута контакту розчіплює лінії зіткнення, коли крапля випаровується. Крім того, при відповідному виборі частоти збудження внутрішнього потоку поля можуть бути згенеровані протидії капілярного підвищення ефективності погашення. У 2013 році дослідники з Технологічного інституту Карлсруе[https://en.wikipedia.org/wiki/Karlsruhe_Institute_of_Technology], Німеччина, показали, що в процесі струменевого друку ефект кавового кільця може бути погашений шляхом швидкого збільшення в’язкості під час сушіння.

Нещодавно, Бен мук Уестон, Вонг Чун Панг і Юнг Хо Дже з Пхоханського університету науки і технології[https://en.wikipedia.org/wiki/Pohang_University_of_Science_and_Technology] засвідчили спостереження зворотного руху частинок, що відштовхує ефект кавового кільця через капілярні сили[https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action] поряд з лініями зіткнення. Розворот відбувається, коли капілярні сили переважають зовнішнє кільце потоку за рахунок геометричних обмежень.

== Фактори, що визначають розмір і малюнок ==
Останні роботи Бхардвая та ін. показали, що pH розчину краплі також впливає на кінцевий зразок для зберігання.
Перехід між цими візерунками пояснюється, як з урахуванням DLVO взаємодій[https://en.wikipedia.org/wiki/DLVO_theory], таких як електростатичні[https://uk.wikipedia.org/wiki/Електростатика] і Ван-дер-Ваальсових сил[https://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force], які змінюють процес осадження частинок.

На мікроскопічному рівні, Шен Хо, і Вонг з Університету Каліфорнії[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_California,_Los_Angeles], Лос-Анджелес припустили, що нижній граничний розмір кільця залежить від масштабу часу між випаровуванням рідини і руху зважених частинок. Коли рідина випаровується швидше, ніж рух зарядженої частинки поблизу трифазної лінії зіткнення, кільце не може бути сформована успішно. Замість цього, ці частинки будуть розходитися рівномірно по поверхні після повного випаровування рідини. Для зважених частинок розміром 100 нм, мінімальний діаметр кільця становитиме 10 мкм, що приблизно в 10 разів менше ширини людської волосини. У дослідженні, опублікованому в ''Nature''[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)] в серпні 2011 року, команда фізиків Університету Пенсільванії доказали, що форма частинок відповідальна за ефект кавового кільця. На пористі субстрати рух частинок і випаровування розчинника визначає кінцеву структуру осадження.

== Додатки ==
Ефект кавового кільця використовується дослідниками в конвективних осадженнях, які прагнуть знайти частинки на підкладці за допомогою капілярного привода в зборі.

Також використовуються дослідницькими групами Velev[http://www.che.ncsu.edu/velevgroup/] в університеті штату Північна Кароліна і Гілкріст[https://en.wikipedia.org/wiki/North_Carolina_State_University], в університеті Ліхай[https://en.wikipedia.org/wiki/Lehigh_University], принципи, розроблені Дмитровим та Нагаямою[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926149500837T], тобто, заміна стаціонарних крапель з випередженням меніска поперек підкладки. Цей процес відрізняється від ДІП-покритття тим, що випаровування приводу потоку вздовж субстрату, йде на противагу гравітації.

Донгман Чжан та ін. використовували ефект кавового кільця для сушки зразка концентруючи розчини білків до СКР[https://en.wikipedia.org/wiki/Raman_spectroscopy] в так зване падаюче осадження покриття ккомбінаційного розсіювання (DCDR) техніку[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ac0345087][http://www.ingentaconnect.com/content/sas/sas/2004/00000058/00000008/art00012?token=0052146a472c7e442f2067213e663b25453a792f247a44687627504541676249266d656c4fb72805f9][http://www.ingentaconnect.com/content/sas/sas/2004/00000058/00000008/art00012?token=0052146a472c7e442f2067213e663b25453a792f247a44687627504541676249266d656c4fb72805f9].

== Посилання ==
1. R. D. Deegan, O. Bakajin, T. F. Dupont, G. Huber, S. R. Nagel, T. A. Witten (1997). "Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops". Nature 389 (6653): 827–829. Bibcode:1997Natur.389..827D[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997Natur.389..827D]. doi:10.1038/39827.

2. Hua Hu, Ronald Larson (2006). "Marangoni Effect Reverses Coffee-Ring Depositions". Journal of Physical Chemistry B 110 (14): 7090–7094. doi:10.1021/jp0609232[https://dx.doi.org/10.1021%2Fjp0609232]. PMID 16599468.

3. Eral H.B., Mampallil-Agustine D., Duits M.H.G., Mugele F. (2011). "Suppressing the coffee stain effect: how to control colloidal self-assembly in evaporating drops using electrowetting[http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05183k#!divAbstract]". Soft Matter 7 (7): 7090–7094. Bibcode:2011SMat....7.4954E . doi:10.1039/C1SM05183K.

4. A. Friederich, J. R. Binder, W. Bauer (2013). "Rheological Control of the Coffee Stain Effect for Inkjet Printing of Ceramics". Journal of the American Ceramic Society 96: 2093–2099. doi:10.1111/jace.12385[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.12385/abstract].

5. B. M. Weon and J. H. Je (2010). "Capillary force repels coffee-ring effect". Physical Review E 82: 015305(R). Bibcode:2010PhRvE..82a5305W . doi:10.1103/PhysRevE.82.015305[http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.82.015305].

6. Bhardwaj; et al. (2010). "Self-Assembly of Colloidal Particles from Evaporating Droplets: Role of DLVO Interactions and Proposition of a Phase Diagram". Langmuir 26 (11): 7833–42. doi:10.1021/la9047227[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la9047227]. PMID 20337481.

7. Xiaoying Shen, Chih-Ming Ho, Tak-Sing Wong (2010). "Minimal Size of Coffee Ring Structure"[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2902562/] . Journal of Physical Chemistry B 114 (16): 5269–5274. doi:10.1021/jp912190v[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp912190v]. PMC 2902562. PMID 20353247.

8. P. J. Yunker, T. Still, M. A. Lohr, A. G. Yodh (2011). "Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions"[http://www.nature.com/nature/journal/v476/n7360/full/nature10344.html]. Nature 476 (7360): 308–311. Bibcode:2011Natur.476..308Y. doi:10.1038/nature10344[http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..308Y].

9. "Coffee-ring effect explained"[http://www.sciencedebate.com/science-blog/coffee-ring-effect-explained] . ScienceDebate.com. Retrieved 21 August 2011.

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Coffee_ring_effect#cite_ref-8.

11. B. G. Prevo, O. D. Velev (2004). "Controlled rapid deposition of structured coatings from micro-and nanoparticle suspensions". Langmuir[https://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir_(journal)] 20 (6): 2099–2107. doi:10.1021/la035295j[https://dx.doi.org/10.1021%2Fla035295j].

12. P. Kumnorkaew, Y. K. Ee, N. Tansu, J. F. Gilchrist (2008). "Investigation of the Deposition of Microsphere Monolayers for Fabrication of Microlens Arrays". Langmuir 24 (21): 12150–12157. doi:10.1021/la801100g[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la801100g].

13. P. Kumnorkaew, Y. K. Ee, N. Tansu, J. F. Gilchrist (2008). "Investigation of the Deposition of Microsphere Monolayers for Fabrication of Microlens Arrays". Langmuir 24 (21): 12150–12157. doi:10.1021/la801100g.

14. A. S. Dimitrov, K. Nagayama (1995). "Steady-state unidirectional convective assembling of fine particles into two-dimensional arrays". Chemical Physics Letters 243 (5–6): 462–468. Bibcode:1995CPL...243..462D . doi:10.1016/0009-2614(95)00837-T[http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/000926149500837T].

15. Dongmao Zhang, Yong Xie, Melissa F. Mrozek, Corasi Ortiz, V. Jo Davisson, Dor Ben-Amotz (2003). "Raman Detection of Proteomic Analytes". Analytical Chemistry 75 (21): 5703–5709. doi:10.1021/ac0345087[https://dx.doi.org/10.1021%2Fac0345087].

16. Dongmao Zhang, Melissa F. Mrozek, Yong Xie, Dor Ben-Amotz (2004). "Chemical Segregation and Reduction of Raman Background Interference Using Drop Coating Deposition". Applied Spectroscopy 58 (8): 929–933. Bibcode:2004ApSpe..58..929Z . doi:10.1366/0003702041655430[https://dx.doi.org/10.1366%2F0003702041655430].

17. Dongmao Zhang, Karthikeshwar Vangala, DongPing Jiang, Sige Zou, Tibor Pechan (2010). "Drop Coating Deposition Raman Spectroscopy of Fluorescein Isothiocyanate Labeled Protein". Applied Spectroscopy 64 (10): 1078–1085. Bibcode:2010ApSpe..64.1078Z . doi:10.1366/000370210792973497[http://www.ingentaconnect.com/content/sas/sas/2010/00000064/00000010/art00006?token=005313ac295573d2570257044494a2f5f73516f3b2b797c4e7547543c7e386f642f466fa38835cc30c0].

Ефект кавового кільця

2015-12-02T22:45:54Z

Володимир Комарянський: /* Додатки */

Ефект кавового кільця

2015-11-28T00:05:36Z

Володимир Комарянський: /* Механізм потоку */

[[Файл:Кавові кільця.jpg|thumb|300px|Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави]]
== Ефект кавового кільця ==
У фізиці, "'''кавове кільце'''" - це візерунок, залишеної калюжі кави (не обов’язково кави), який містить частинки рідини після того, коли вона випаровується. Явище назване по характерній формі кільця осаду по периметру розливу кави. Схоже явище також спостерігається після розлиття червоного вина. Механізм формування цих і подібних кілець відомий як '''ефект кавового кільця'''.

== Механізм потоку ==
В журналі ''Nature[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)]'', Роберт Д. Діган, разом з колегами з Університету Чикаго[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Chicago] показали те, що відбувається зі зразком через капілярний рух, який визваний диференціальною інтенсивністю випаровування всієї краплі: рідина випаровуючись від краю поповнюється за рахунок рідини зсередини. Отриманий потік може нести майже весь дисперсний матеріал до краю.

Подальша робота Ху і Ларсона припускає, що випаровування індукує течії Марангоні[[http://wiki.tntu.edu.ua/Ефект_Марангоні]] всередині краплі. Якщо сильна течія, то вона, насправді, перерозподіляє частинки назад в центр краплі. Таким чином, для частинки нагромадженої на краях, рідина повинна мати слабку течію Марангоні, або щось має статися, щоб потік порушився. Наприклад, поверхнево-активні речовини[https://uk.wikipedia.org/wiki/Поверхнево-активні_речовини] можуть бути додані для зменшення градієнту поверхневого натягу рідини, порушуючи індукований потік. Пізніше Х. Burak Eral і його колеги в в університеті Твенте[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Twente] виконали електрозмочування[https://en.wikipedia.org/wiki/Electrowetting] змінною напругою для погашення кавової плями (тобто немає необхідності додавати поверхнево-активні матеріали). Цей метод збуджує контактні лінії, в якості альтернативи збільшення та зменшення кута контакту розчіплює лінії зіткнення, коли крапля випаровується. Крім того, при відповідному виборі частоти збудження внутрішнього потоку поля можуть бути згенеровані протидії капілярного підвищення ефективності погашення. У 2013 році дослідники з Технологічного інституту Карлсруе[https://en.wikipedia.org/wiki/Karlsruhe_Institute_of_Technology], Німеччина, показали, що в процесі струменевого друку ефект кавового кільця може бути погашений шляхом швидкого збільшення в’язкості під час сушіння.

Нещодавно, Бен мук Уестон, Вонг Чун Панг і Юнг Хо Дже з Пхоханського університету науки і технології[https://en.wikipedia.org/wiki/Pohang_University_of_Science_and_Technology] засвідчили спостереження зворотного руху частинок, що відштовхує ефект кавового кільця через капілярні сили[https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action] поряд з лініями зіткнення. Розворот відбувається, коли капілярні сили переважають зовнішнє кільце потоку за рахунок геометричних обмежень.

== Фактори, що визначають розмір і малюнок ==
Останні роботи Бхардвая та ін. показали, що pH розчину краплі також впливає на кінцевий зразок для зберігання.
Перехід між цими візерунками пояснюється, як з урахуванням DLVO взаємодій[https://en.wikipedia.org/wiki/DLVO_theory], таких як електростатичні[https://uk.wikipedia.org/wiki/Електростатика] і Ван-дер-Ваальсових сил[https://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force], які змінюють процес осадження частинок.

На мікроскопічному рівні, Шен Хо, і Вонг з Університету Каліфорнії[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_California,_Los_Angeles], Лос-Анджелес припустили, що нижній граничний розмір кільця залежить від масштабу часу між випаровуванням рідини і руху зважених частинок. Коли рідина випаровується швидше, ніж рух зарядженої частинки поблизу трифазної лінії зіткнення, кільце не може бути сформована успішно. Замість цього, ці частинки будуть розходитися рівномірно по поверхні після повного випаровування рідини. Для зважених частинок розміром 100 нм, мінімальний діаметр кільця становитиме 10 мкм, що приблизно в 10 разів менше ширини людської волосини. У дослідженні, опублікованому в ''Nature''[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)] в серпні 2011 року, команда фізиків Університету Пенсільванії доказали, що форма частинок відповідальна за ефект кавового кільця. На пористі субстрати рух частинок і випаровування розчинника визначає кінцеву структуру осадження.

== Додатки ==
Ефект кавового кільця використовується дослідниками в конвективних осадженнях, які прагнуть знайти частинки на підкладці за допомогою капілярного привода в зборі.

== Посилання ==
1. R. D. Deegan, O. Bakajin, T. F. Dupont, G. Huber, S. R. Nagel, T. A. Witten (1997). "Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops". Nature 389 (6653): 827–829. Bibcode:1997Natur.389..827D[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997Natur.389..827D]. doi:10.1038/39827.

2. Hua Hu, Ronald Larson (2006). "Marangoni Effect Reverses Coffee-Ring Depositions". Journal of Physical Chemistry B 110 (14): 7090–7094. doi:10.1021/jp0609232[https://dx.doi.org/10.1021%2Fjp0609232]. PMID 16599468.

3. Eral H.B., Mampallil-Agustine D., Duits M.H.G., Mugele F. (2011). "Suppressing the coffee stain effect: how to control colloidal self-assembly in evaporating drops using electrowetting[http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05183k#!divAbstract]". Soft Matter 7 (7): 7090–7094. Bibcode:2011SMat....7.4954E . doi:10.1039/C1SM05183K.

4. A. Friederich, J. R. Binder, W. Bauer (2013). "Rheological Control of the Coffee Stain Effect for Inkjet Printing of Ceramics". Journal of the American Ceramic Society 96: 2093–2099. doi:10.1111/jace.12385[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.12385/abstract].

5. B. M. Weon and J. H. Je (2010). "Capillary force repels coffee-ring effect". Physical Review E 82: 015305(R). Bibcode:2010PhRvE..82a5305W . doi:10.1103/PhysRevE.82.015305[http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.82.015305].

6. Bhardwaj; et al. (2010). "Self-Assembly of Colloidal Particles from Evaporating Droplets: Role of DLVO Interactions and Proposition of a Phase Diagram". Langmuir 26 (11): 7833–42. doi:10.1021/la9047227[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la9047227]. PMID 20337481.

7. Xiaoying Shen, Chih-Ming Ho, Tak-Sing Wong (2010). "Minimal Size of Coffee Ring Structure"[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2902562/] . Journal of Physical Chemistry B 114 (16): 5269–5274. doi:10.1021/jp912190v[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp912190v]. PMC 2902562. PMID 20353247.

8. P. J. Yunker, T. Still, M. A. Lohr, A. G. Yodh (2011). "Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions"[http://www.nature.com/nature/journal/v476/n7360/full/nature10344.html]. Nature 476 (7360): 308–311. Bibcode:2011Natur.476..308Y. doi:10.1038/nature10344[http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..308Y].

9. "Coffee-ring effect explained"[http://www.sciencedebate.com/science-blog/coffee-ring-effect-explained] . ScienceDebate.com. Retrieved 21 August 2011.

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Coffee_ring_effect#cite_ref-8

Ефект кавового кільця

2015-11-28T00:03:50Z

Володимир Комарянський: /* Механізм потоку */

[[Файл:Кавові кільця.jpg|thumb|300px|Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави]]
== Ефект кавового кільця ==
У фізиці, "'''кавове кільце'''" - це візерунок, залишеної калюжі кави (не обов’язково кави), який містить частинки рідини після того, коли вона випаровується. Явище назване по характерній формі кільця осаду по периметру розливу кави. Схоже явище також спостерігається після розлиття червоного вина. Механізм формування цих і подібних кілець відомий як '''ефект кавового кільця'''.

== Механізм потоку ==
Пишучи в ''Nature[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)]'', Роберт Д. Діган, разом з колегами з Університету Чикаго[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Chicago] показали те, що відбувається зі зразком через капілярний рух, який визваний диференціальною інтенсивністю випаровування всієї краплі: рідина випаровуючись від краю поповнюється за рахунок рідини зсередини. Отриманий потік може нести майже весь дисперсний матеріал до краю.

Подальша робота Ху і Ларсона припускає, що випаровування індукує течії Марангоні[[http://wiki.tntu.edu.ua/Ефект_Марангоні]] всередині краплі. Якщо сильна течія, то вона, насправді, перерозподіляє частинки назад в центр краплі. Таким чином, для частинки нагромадженої на краях, рідина повинна мати слабку течію Марангоні, або щось має статися, щоб потік порушився. Наприклад, поверхнево-активні речовини[https://uk.wikipedia.org/wiki/Поверхнево-активні_речовини] можуть бути додані для зменшення градієнту поверхневого натягу рідини, порушуючи індукований потік. Пізніше Х. Burak Eral і його колеги в в університеті Твенте[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Twente] виконали електрозмочування[https://en.wikipedia.org/wiki/Electrowetting] змінною напругою для погашення кавової плями (тобто немає необхідності додавати поверхнево-активні матеріали). Цей метод збуджує контактні лінії, в якості альтернативи збільшення та зменшення кута контакту розчіплює лінії зіткнення, коли крапля випаровується. Крім того, при відповідному виборі частоти збудження внутрішнього потоку поля можуть бути згенеровані протидії капілярного підвищення ефективності погашення. У 2013 році дослідники з Технологічного інституту Карлсруе[https://en.wikipedia.org/wiki/Karlsruhe_Institute_of_Technology], Німеччина, показали, що в процесі струменевого друку ефект кавового кільця може бути погашений шляхом швидкого збільшення в’язкості під час сушіння.

Нещодавно, Бен мук Уестон, Вонг Чун Панг і Юнг Хо Дже з Пхоханського університету науки і технології[https://en.wikipedia.org/wiki/Pohang_University_of_Science_and_Technology] засвідчили спостереження зворотного руху частинок, що відштовхує ефект кавового кільця через капілярні сили[https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action] поряд з лініями зіткнення. Розворот відбувається, коли капілярні сили переважають зовнішнє кільце потоку за рахунок геометричних обмежень.

== Фактори, що визначають розмір і малюнок ==
Останні роботи Бхардвая та ін. показали, що pH розчину краплі також впливає на кінцевий зразок для зберігання.
Перехід між цими візерунками пояснюється, як з урахуванням DLVO взаємодій[https://en.wikipedia.org/wiki/DLVO_theory], таких як електростатичні[https://uk.wikipedia.org/wiki/Електростатика] і Ван-дер-Ваальсових сил[https://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force], які змінюють процес осадження частинок.

На мікроскопічному рівні, Шен Хо, і Вонг з Університету Каліфорнії[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_California,_Los_Angeles], Лос-Анджелес припустили, що нижній граничний розмір кільця залежить від масштабу часу між випаровуванням рідини і руху зважених частинок. Коли рідина випаровується швидше, ніж рух зарядженої частинки поблизу трифазної лінії зіткнення, кільце не може бути сформована успішно. Замість цього, ці частинки будуть розходитися рівномірно по поверхні після повного випаровування рідини. Для зважених частинок розміром 100 нм, мінімальний діаметр кільця становитиме 10 мкм, що приблизно в 10 разів менше ширини людської волосини. У дослідженні, опублікованому в ''Nature''[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)] в серпні 2011 року, команда фізиків Університету Пенсільванії доказали, що форма частинок відповідальна за ефект кавового кільця. На пористі субстрати рух частинок і випаровування розчинника визначає кінцеву структуру осадження.

== Додатки ==
Ефект кавового кільця використовується дослідниками в конвективних осадженнях, які прагнуть знайти частинки на підкладці за допомогою капілярного привода в зборі.

== Посилання ==
1. R. D. Deegan, O. Bakajin, T. F. Dupont, G. Huber, S. R. Nagel, T. A. Witten (1997). "Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops". Nature 389 (6653): 827–829. Bibcode:1997Natur.389..827D[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997Natur.389..827D]. doi:10.1038/39827.

2. Hua Hu, Ronald Larson (2006). "Marangoni Effect Reverses Coffee-Ring Depositions". Journal of Physical Chemistry B 110 (14): 7090–7094. doi:10.1021/jp0609232[https://dx.doi.org/10.1021%2Fjp0609232]. PMID 16599468.

3. Eral H.B., Mampallil-Agustine D., Duits M.H.G., Mugele F. (2011). "Suppressing the coffee stain effect: how to control colloidal self-assembly in evaporating drops using electrowetting[http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05183k#!divAbstract]". Soft Matter 7 (7): 7090–7094. Bibcode:2011SMat....7.4954E . doi:10.1039/C1SM05183K.

4. A. Friederich, J. R. Binder, W. Bauer (2013). "Rheological Control of the Coffee Stain Effect for Inkjet Printing of Ceramics". Journal of the American Ceramic Society 96: 2093–2099. doi:10.1111/jace.12385[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.12385/abstract].

5. B. M. Weon and J. H. Je (2010). "Capillary force repels coffee-ring effect". Physical Review E 82: 015305(R). Bibcode:2010PhRvE..82a5305W . doi:10.1103/PhysRevE.82.015305[http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.82.015305].

6. Bhardwaj; et al. (2010). "Self-Assembly of Colloidal Particles from Evaporating Droplets: Role of DLVO Interactions and Proposition of a Phase Diagram". Langmuir 26 (11): 7833–42. doi:10.1021/la9047227[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la9047227]. PMID 20337481.

7. Xiaoying Shen, Chih-Ming Ho, Tak-Sing Wong (2010). "Minimal Size of Coffee Ring Structure"[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2902562/] . Journal of Physical Chemistry B 114 (16): 5269–5274. doi:10.1021/jp912190v[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp912190v]. PMC 2902562. PMID 20353247.

8. P. J. Yunker, T. Still, M. A. Lohr, A. G. Yodh (2011). "Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions"[http://www.nature.com/nature/journal/v476/n7360/full/nature10344.html]. Nature 476 (7360): 308–311. Bibcode:2011Natur.476..308Y. doi:10.1038/nature10344[http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..308Y].

9. "Coffee-ring effect explained"[http://www.sciencedebate.com/science-blog/coffee-ring-effect-explained] . ScienceDebate.com. Retrieved 21 August 2011.

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Coffee_ring_effect#cite_ref-8

Ефект кавового кільця

2015-11-27T23:49:36Z

Володимир Комарянський: Створена сторінка: Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави ...

[[Файл:Кавові кільця.jpg|thumb|300px|Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави]]
== Ефект кавового кільця ==
У фізиці, "'''кавове кільце'''" - це візерунок, залишеної калюжі кави (не обов’язково кави), який містить частинки рідини після того, коли вона випаровується. Явище назване по характерній формі кільця осаду по периметру розливу кави. Схоже явище також спостерігається після розлиття червоного вина. Механізм формування цих і подібних кілець відомий як '''ефект кавового кільця'''.

== Механізм потоку ==
Пишучи в ''Nature[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)]'', Роберт Д. Діган, разом з колегами з Університету Чикаго[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Chicago] показали те, що відбувається зі зразком через капілярний рух, який визваний диференціальною інтенсивністю випаровування всієї краплі: рідина випаровуючись від краю поповнюється за рахунок рідини зсередини. Отриманий потік може нести майже весь дисперсний матеріал до краю.

Подальша робота Ху і Ларсона припускає, що випаровування індукує течії Марангоні[[http://wiki.tntu.edu.ua/Ефект_Марангоні]] всередині краплі. Якщо сильна течія, то вона, насправді, перерозподіляє частинки назад в центр краплі. Таким чином, для частинки нагромадженої на краях, рідина повинна мати слабку течію Марангоні, або щось має статися, щоб потік порушився. Наприклад, поверхнево-активні речовини[https://uk.wikipedia.org/wiki/Поверхнево-активні_речовини] можуть бути додані для зменшення градієнту поверхневого натягу рідини, порушуючи індукований потік. Пізніше Х. Burak Eral і його колеги в в університеті Твенте[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Twente] виконали електрозмочування[https://en.wikipedia.org/wiki/Electrowetting] змінною напругою для погашення кавової плями (тобто немає необхідності додавати поверхнево-активні матеріали). Цей метод збуджує контактні лінії, в якості альтернативи збільшення та зменшення кута контакту розчіплює лінії зіткнення, коли крапля випаровується. Крім того, при відповідному виборі частоти збудження внутрішнього потоку поля можуть бути згенеровані протидії капілярного підвищення ефективності погашення. У 2013 році дослідники з Технологічного інституту Карлсруе[https://en.wikipedia.org/wiki/Karlsruhe_Institute_of_Technology], Німеччина, показали, що в процесі струменевого друку '''ефект кавового кільця''' може бути погашений шляхом швидкого збільшення в’язкості під час сушіння.

Нещодавно, Бен мук Уестон, Вонг Чун Панг і Юнг Хо Дже з Пхоханського університету науки і технології[https://en.wikipedia.org/wiki/Pohang_University_of_Science_and_Technology] засвідчили спостереження зворотного руху частинок, що відштовхує ефект кавового кільця через капілярні сили[https://en.wikipedia.org/wiki/Capillary_action] поряд з лініями зіткнення. Розворот відбувається, коли капілярні сили переважають зовнішнє кільце потоку за рахунок геометричних обмежень.

== Фактори, що визначають розмір і малюнок ==
Останні роботи Бхардвая та ін. показали, що pH розчину краплі також впливає на кінцевий зразок для зберігання.
Перехід між цими візерунками пояснюється, як з урахуванням DLVO взаємодій[https://en.wikipedia.org/wiki/DLVO_theory], таких як електростатичні[https://uk.wikipedia.org/wiki/Електростатика] і Ван-дер-Ваальсових сил[https://en.wikipedia.org/wiki/Van_der_Waals_force], які змінюють процес осадження частинок.

На мікроскопічному рівні, Шен Хо, і Вонг з Університету Каліфорнії[https://en.wikipedia.org/wiki/University_of_California,_Los_Angeles], Лос-Анджелес припустили, що нижній граничний розмір кільця залежить від масштабу часу між випаровуванням рідини і руху зважених частинок. Коли рідина випаровується швидше, ніж рух зарядженої частинки поблизу трифазної лінії зіткнення, кільце не може бути сформована успішно. Замість цього, ці частинки будуть розходитися рівномірно по поверхні після повного випаровування рідини. Для зважених частинок розміром 100 нм, мінімальний діаметр кільця становитиме 10 мкм, що приблизно в 10 разів менше ширини людської волосини. У дослідженні, опублікованому в ''Nature''[https://en.wikipedia.org/wiki/Nature_(journal)] в серпні 2011 року, команда фізиків Університету Пенсільванії доказали, що форма частинок відповідальна за ефект кавового кільця. На пористі субстрати рух частинок і випаровування розчинника визначає кінцеву структуру осадження.

== Додатки ==
Ефект кавового кільця використовується дослідниками в конвективних осадженнях, які прагнуть знайти частинки на підкладці за допомогою капілярного привода в зборі.

== Посилання ==
1. R. D. Deegan, O. Bakajin, T. F. Dupont, G. Huber, S. R. Nagel, T. A. Witten (1997). "Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops". Nature 389 (6653): 827–829. Bibcode:1997Natur.389..827D[http://adsabs.harvard.edu/abs/1997Natur.389..827D]. doi:10.1038/39827.

2. Hua Hu, Ronald Larson (2006). "Marangoni Effect Reverses Coffee-Ring Depositions". Journal of Physical Chemistry B 110 (14): 7090–7094. doi:10.1021/jp0609232[https://dx.doi.org/10.1021%2Fjp0609232]. PMID 16599468.

3. Eral H.B., Mampallil-Agustine D., Duits M.H.G., Mugele F. (2011). "Suppressing the coffee stain effect: how to control colloidal self-assembly in evaporating drops using electrowetting[http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sm/c1sm05183k#!divAbstract]". Soft Matter 7 (7): 7090–7094. Bibcode:2011SMat....7.4954E . doi:10.1039/C1SM05183K.

4. A. Friederich, J. R. Binder, W. Bauer (2013). "Rheological Control of the Coffee Stain Effect for Inkjet Printing of Ceramics". Journal of the American Ceramic Society 96: 2093–2099. doi:10.1111/jace.12385[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jace.12385/abstract].

5. B. M. Weon and J. H. Je (2010). "Capillary force repels coffee-ring effect". Physical Review E 82: 015305(R). Bibcode:2010PhRvE..82a5305W . doi:10.1103/PhysRevE.82.015305[http://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.82.015305].

6. Bhardwaj; et al. (2010). "Self-Assembly of Colloidal Particles from Evaporating Droplets: Role of DLVO Interactions and Proposition of a Phase Diagram". Langmuir 26 (11): 7833–42. doi:10.1021/la9047227[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la9047227]. PMID 20337481.

7. Xiaoying Shen, Chih-Ming Ho, Tak-Sing Wong (2010). "Minimal Size of Coffee Ring Structure"[https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2902562/] . Journal of Physical Chemistry B 114 (16): 5269–5274. doi:10.1021/jp912190v[http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp912190v]. PMC 2902562. PMID 20353247.

8. P. J. Yunker, T. Still, M. A. Lohr, A. G. Yodh (2011). "Suppression of the coffee-ring effect by shape-dependent capillary interactions"[http://www.nature.com/nature/journal/v476/n7360/full/nature10344.html]. Nature 476 (7360): 308–311. Bibcode:2011Natur.476..308Y. doi:10.1038/nature10344[http://adsabs.harvard.edu/abs/2011Natur.476..308Y].

9. "Coffee-ring effect explained"[http://www.sciencedebate.com/science-blog/coffee-ring-effect-explained] . ScienceDebate.com. Retrieved 21 August 2011.

10. https://en.wikipedia.org/wiki/Coffee_ring_effect#cite_ref-8

Файл:Кавові кільця.jpg

2015-11-27T23:42:05Z

Володимир Комарянський: Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави.

Ефект кавових кілець, показаний за допомогою краплі кави.