Escrevendo na água usando um íon

30 de agosto de 2023

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pela Universidade de Mainz

Escrever é uma técnica cultural milenar. Há milhares de anos, os humanos já esculpiam sinais e símbolos em lajes de pedra. As escritas tornaram-se muito mais sofisticadas desde então, mas um aspecto permanece o mesmo: quer o escritor use o cuneiforme ou um alfabeto moderno, é necessário um substrato sólido, como argila ou papel, para fixar as estruturas escritas no lugar.

No entanto, pesquisadores da Universidade Johannes Gutenberg Mainz (JGU), TU Darmstadt e Universidade de Wuhan se perguntaram como escrever em um fluido a granel como a água sem fixar substratos. O conceito não seria diferente da maneira como as aeronaves deixam rastros tridimensionais de vapor quando cruzam o céu – em comparação com a escrita bidimensional com uma caneta em papel seco.

Quando você mergulha a ponta de uma caneta-tinteiro na água e tenta escrever algo com ela na água, é claro que terá pouco sucesso. O movimento da ponta relativamente grande através da água cria turbulência que acabará por erradicar quaisquer vestígios de tinta deixados para trás. Mas como o número de Reynolds, ou seja, o fator usado para calcular o fluxo de fluido, indica: Quanto menor for o objeto em movimento, menor será o número de vórtices que ele criará.

No entanto, para tirar vantagem disso, seria necessária uma caneta verdadeiramente minúscula e isso exigiria um enorme reservatório de tinta que anularia o efeito da caneta minúscula.

A equipe de pesquisadores decidiu adotar uma estratégia completamente nova para superar esse problema inerente: “Colocamos a tinta diretamente na água e usamos uma microesfera feita de material de troca iônica com diâmetro de 20 a 50 mícrons como instrumento de escrita, " explicou o professor Thomas Palberg da JGU. Esta conta é tão pequena que não gera nenhum vórtice. A parte inteligente é que a pérola troca cátions residuais na água por prótons, alterando assim o valor local do pH da água.

Se a conta for enrolada na base de um banho-maria, ela traçará uma trilha invisível de pH mais baixo no líquido. Isso atrai as partículas de tinta e elas se acumulam no caminho marcado pela ponta esferográfica. O resultado é uma linha fina de apenas alguns centésimos de mícron de largura, marcando a área com o valor de pH mais baixo.

Para realmente escrever uma carta na água, basta inclinar o banho-maria de forma que a conta se mova para delinear o caractere desejado. “Durante nossas primeiras tentativas, movemos o banho-maria manualmente, mas desde então construímos um balancim programável”, continuou Palberg. "Em um banho-maria não maior que uma moeda de um euro, fomos capazes de produzir um padrão simples, semelhante a uma casa, no tamanho do título de um caractere 'I' em uma fonte de 18 pontos, e depois observá-lo ao microscópio. Mas ainda estamos apenas na fase preliminar."

Qualquer tipo de escrita que possa ser produzida usando linhas contínuas pode ser facilmente reproduzida, como mostraram outras simulações. Além disso, interrupções, tais como quebras entre letras separadas, também poderiam ser alcançadas porque, por exemplo, o processo de troca iônica poderia ser ligado e desligado à vontade usando técnicas de exposição à luz. Até mesmo o apagamento e a correção do que foi escrito é possível.

O professor Benno Liebchen e Lukas Hecht da TU Darmstadt desenvolveram um modelo teórico que explica o mecanismo que torna viável a escrita na água. As simulações correspondentes demonstraram que este mecanismo é um efeito genérico e inespecífico e poderia, portanto, ser empregado em uma ampla variedade de formas, de acordo com Liebchen, chefe do grupo de Teoria da Matéria Macia do Instituto de Física da Matéria Condensada ( IPKM) na TU Darmstadt.