Kirleticiler, bulut damlacıkları ve ilaç tozları gibi küçük katı parçacıklar, buzlu ortamlar, bulutlar ve farmasötik mikserler gibi çalkantılı ortamlarda yüksek konsantre kümeleri oluşturur.
Bu aşırı kümelerin – orman yangını dumanının yayılmasından daha etkili ilaçlar için doğru malzemelerin kombinasyonunu bulmaya kadar her şeyi tahmin etmeyi zorlaştıran şey, şaşkın bilim adamlarına sahip.
Buffalo çalışmasında bir üniversite, Ulusal Bilimler Akademisi Bildirilericevabın parçacıklar arasındaki elektrik kuvvetleri içinde olduğunu önerir.
Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Bölümü’ndeki UB Seçkin Profesör Ph.D., “Türbülanslı hava akışlarındaki parçacıklar arasındaki küçük, düzensiz elektrik yükleri daha önce düşündüğümüzden çok daha önemli bir rol oynuyor” diyor.
“Bu gizli mekanizmanın ortaya çıkarılması, iklim araştırmaları, tıp, mühendislik ve bilimde daha iyi tahminlere ve kontrollere yol açabilir.”
Ekip, çalışmasına, türbülanslı havada çarpıştıklarında parçacıkların küçük kısım elektrik yükü değiştirdiği fikriyle başladı. Ancak, yükler eşit olarak yayılmak yerine, her bir parçacığın yüzeyi boyunca düzensiz yamalar oluşturur – ekibin “mozaik yük” olarak adlandırdığı şey.
Bu düzensiz yükler, birbirlerini çeken elektrik dipolleri yaratır, bu da daha fazla çarpışmaya ve daha fazla ücrete yol açar.
“Nihayetinde, bu eylem, parçacıklar arasındaki cazibeyi güçlendirir, türbülansta homojen olmayan mozaik potansiyel güçlendirilmiş çarpışmalar için kısa olan Impact adını verdiğimiz olumlu bir geri bildirim döngüsü oluşturur” diyor. UB’den.
Bu hipotezi test etmek için ekip, çalkantılı hava akışlarını kontrol ettikleri bir odaya dayanan içi boş cam küreler-katı parçacıklar için bir stand-yerleştirdi. Araştırmacılar daha sonra parçacıklardaki nano ölçekli yük modellerini ölçmek için yüksek çözünürlüklü, yüksek hızlı, 3D parçacık izleme sistemi ve atomik kuvvet mikroskobik araçları kullandılar.
Cam kürelerin, hareketlerin dipollerinkilerle eşleştiği varsayıldığı gibi davrandığını buldular. Kontrollü bir ortamda gerçekleştirilirken, ekip sonuçların parçacık etkileşimlerinin anahtar olduğu gerçek dünya senaryolarına uygulanabileceğini söylüyor. Örneğin:
- İlaç geliştirme – İlaç üretiminde tozlar çeşitli şekillerde karışır ve davranır. Aşırı kümeler oluşturuyorlarsa, ilaç üreticilerini ilaçların nasıl yapıldığını değiştirmeye teşvik edebilir ve sonuçta bunları hastalıkla mücadelede daha etkili hale getirebilir.
- Aşırı yağış – Yağmur fırtınaları oluşturmak için cloud damlacıkları ve buz kristalleri çarpışır. Kümeleme bu etkileşimleri değiştirerek daha az öngörülebilir veya daha güçlü fırtınalara yol açabilir. Bu tür davranışları daha iyi anlamak, tahminleri iyileştirebilir ve hayattan ve mülkiyeti kurtarmaya yardımcı olabilir.
- Hava Kirliliği – SMOG parçacıkları, modellerin öngördüğünden farklı bir şekilde yığılabilir, dumanın yoğunluğunu ve havada ne kadar kaldığını değiştirebilir.
- Yakıt yanması – Motorlardaki ve diğer yanma kaynaklarındaki terimli parçacık etkileşimlerinin büyük etkileri vardır. Kümelenmeyi daha iyi anlamak, daha verimli enerji kullanımına yol açabilir.
Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Bölümünde doçent olan Ph.D. ortak yazar James Chen, “Bu bulgu hakkında gerçekten heyecan verici olan, partikül türbülansında daha önce gözden kaçan bir fenomene ışık tutması ve geniş çevre, endüstriyel ve toplumsal sonuçlara sahip olmasıdır.” Diyor.
Ek yardımcı yazarlar arasında UB Ph.D. Mekanik ve Havacılık Mühendisliği Bölümü adayı ve Elektrik Mühendisliği alanında UB kıdemli bir UB kıdemli Emily M. Diorio.
