怎样在水中写字
写作是一种古老的文化技巧。几千年前，人类就已经在石板上雕刻了符号和符号。从那时起，文字变得更加复杂，但有一个方面保持不变：无论作者使用楔形文字还是现代字母表，都需要诸如粘土或纸张之类的固体基材来将书写结构固定到位。然而，美因茨古腾堡大学 (JGU)、达姆施塔特工业大学和武汉大学的研究人员自问，如何在不固定基材的情况下在像水这样的散装液体中书写。这个概念与飞机在飞过天空时留下三维蒸汽轨迹的方式没有什么不同——与用笔在干纸上进行二维书写相比。当你将钢笔的笔尖浸入水中并尝试用它在水中写字时，你当然会，收效甚微。相对较大的笔尖在水中的运动会产生湍流，最终消除留下的任何墨水痕迹。但雷诺数(即用于计算流体流量的系数)表明：移动物体越小，产生的涡流数量就越少。然而，要利用这一点，就需要一支真正微小的笔，这需要大量的墨水来抵消微小笔的效果。
用作笔的离子交换珠
研究团队决定采用一种全新的策略来克服这一固有问题：“我们将墨水直接放入水中，并使用直径为20至50微米的离子交换材料制成的微珠作为书写工具， ”JGU 的 Thomas Palberg 教授解释道。这颗珠子非常小，根本不会产生漩涡。巧妙之处在于，珠子将水中残留的阳离子交换为质子，从而改变了水的局部 pH 值。如果珠子在水浴底部滚动，它会在液体中留下一条看不见的较低 pH 值的痕迹。这会吸引墨水颗粒，并将它们积聚在圆珠笔标记的路径中。结果是一条宽度只有百分之几微米的细线，标出了 pH 值最低的区域。
要真正在水中写一个字母，您只需倾斜水浴，使珠子移动以勾勒出所需的字符。“在我们的第一次尝试中，我们用手移动水浴，但此后我们建造了一个可编程摇杆，”帕尔伯格继续说道。“在一个不大于一欧元硬币的水浴中，我们能够制作出一个简单的类似房屋的图案，其大小与 18 点字体的‘I’字符标题大小相同，然后在显微镜下观察。但我们仍处于初步阶段。” 正如其他模拟所示，任何可以使用连续线生成的书面形式都可以轻松复制。此外，还可以实现中断，例如单独字母之间的中断，因为，例如，离子交换过程可以使用曝光技术随意开启和关闭。甚至可以删除和更正已写入的内容。
可以以多种方式使用的非特定效果
达姆施塔特工业大学的 Benno Liebchen 教授和 Lukas Hecht 开发了一个理论模型，解释了在水中书写的可行机制。凝聚态物理研究所软物质理论组组长 Liebchen 表示，相应的模拟表明，这种机制是一种通用的、非特定的效应，因此可以以多种形式使用。 IPKM)在达姆施塔特工业大学。“除了由离子交换树脂制成的珠子之外，还可以使用由可被激光加热的颗粒组成的‘笔’，甚至可以使用可单独操纵的微型游泳器，”他指出。“这甚至可以允许在水中进行广泛的并行写入结构。因此，该机制也可以用于在流体中生成高度复杂的密度模式。”
理论模拟的一个重要含义是，这种新的书写形式不受液体容器底座需求的限制，因为效果对于其在液体中发生的位置而言是非特定的。如果墨水能快速转移到“书写”的轮廓上就足够了，并且这些轮廓只会通过扩散的方式消失，以确保线条在大约十分钟内保持清晰可见。使用“粘性”紫外线敏感墨水，甚至可能证明可以更长时间地固定线条和文字。通过使用书写工具形式的不同组件、绘制轨迹的类型、墨水或所采用的转向形式，可以实现许多潜在的变化。一种选择是使用荧光墨水和几个非常轻的书写珠，可以借助光学镊子在三个维度上在流体中移动。这不仅会产生发光形状，还可以用于流体的 3D 结构。“我们的新方法非常强大，并且具有极端模块化的潜力，”帕尔伯格强调说。“而且它可以通过极其广泛的不同方式进行开发。”
研究人员最近在Small 杂志上发表了一篇关于他们的发现的论文。
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