С пятнами от кофе можно справиться особым образом
Если капля кофе попадает не в чашку, а на стол, то через несколько часов там образуется круглое пятно с четко очерченным темным краем. То же самое происходит и с другими растворами, содержащими взвешенные частицы, которые высыхают на твердой поверхности. По словам исследовательской группы из Пенсильванского университета в американском штате Филадельфия, помимо прочего, форма содержащихся частиц определяет точный внешний вид.
В своей лаборатории Питер Юнкер и его коллеги изучали капли воды с взвесью пластиковых частиц микрометрового размера различной формы, включая сферы и эллипсоиды. Большая часть сферических частиц собирается на краю капли, так что после испарения воды образуется ярко выраженный край пятна. Напротив, вытянутые частицы, по результатам экспериментов, распределены равномерно по всему высохшему пятну.
По мнению ученых, различное поведение можно объяснить взаимодействием частиц с поверхностным натяжением на границе воздух-вода. Пока вода испаряется и объем капли постепенно уменьшается, ее край закрепляется на подложке - в данном случае на стеклянной пластине - и жидкость и частицы транспортируются от центра к краям капли.
Этот капиллярный поток заставляет сферические частицы дрейфовать к краю капли, объясняет команда, где они собираются вместе. Даже крошечные эллипсоиды выталкиваются наружу. Однако если они подходят к границе раздела воздуха и воды, то деформируют ее за счет своей вытянутой формы - в отличие от шаров. Это создает силы притяжения между частицами, превышающие силы притяжения между сферическими частицами более чем на два порядка, объясняют ученые, работающие с Юнкером. В результате на границе вода-воздух образуются рыхло связанные эллипсовидные образования. Такое расположение предотвращает вымывание частиц до краев, поэтому частицы равномерно оседают на поверхности стекла после того, как вся вода испарится.
В суспензии сферических частиц команда обнаружила, что характерный край пятна уже может быть предотвращен небольшим количеством эллипсоидальных частиц. Так называемый эффект кофейного кольца вызывает проблемы не только на кофейном столике, но и во многих технических приложениях, где требуется равномерное осаждение частиц. Поэтому работа также может быть полезна для струйных принтеров, красок или покрытий.