Je bent op kantoor. Je hebt een rapport getypt en drukt op print. Loop naar de printer en pak de verse, inkjet bedrukt papier. Terwijl je je werk bewondert, wist u dat wetenschappers de lading van de deeltjes in de vloeibare inkt beschouwen voor een betere afdrukkwaliteit? Wist je dat het begrijpen van ladingen van deeltjes het voor ingenieurs mogelijk maakt om verf te laten aggregeren (samenkomen) of dispergeren volgens dergelijke deeltjesinteracties?

Een oppervlakteactieve stof is iets dat wordt toegevoegd aan een vloeistof (in dit onderzoek), om het te laten werken met andere oppervlakken. Mensen gebruiken thuis dagelijks oppervlakteactieve stoffen met zeep, wasmiddelen en shampoos om vuil van oppervlakken te verwijderen. Oppervlakteactieve stoffen hebben ook belangrijke industriële toepassingen, zoals in de bekleding van pijpleidingen om de weerstand te verminderen. Zoals men zich kan voorstellen, begrijpen hoe het effect van ladingen van deeltjes in vloeistof een aanzienlijke invloed kan hebben op hoe goed oppervlakteactieve stoffen werken en systemen efficiënt werken. Tot nu, er was geen onderzoek naar hoe de stroom van vloeistoffen de ladingen van de deeltjes in de vloeistof beïnvloedt, oppervlakken en oppervlakteactieve stoffen.

Om stroming te onderzoeken, Cathy McNamee en Hayato Kawakami van Shinshu University bouwden een apparaat waarin ze een atoomkrachtmicroscoop combineerden, peristaltische pomp en camera om de vloeistof tijdens het stromen visueel vast te leggen. Ze gebruikten silicadeeltjes en siliciumwafels, beide met negatief geladen oppervlakken in aanwezigheid van ionische oppervlakteactieve stoffen. Een ionische oppervlakteactieve stof heeft een "kop" die water aantrekt en een "staart" die water afstoot. Een negatieve en positieve oppervlakteactieve stof van dezelfde ketenlengte werd gebruikt om het effect van de lading op de krachten te bepalen, natriumdodecylsulfaat (anionische oppervlakteactieve stof) en dodecyltrimethylammoniumbromide (kationische oppervlakteactieve stof).

McNamee en Kawakami konden vaststellen dat:

• De adsorptie van de oppervlakteactieve stoffen aan de deeltjes kan veranderen wanneer de vloeistofstroom de krachten tussen geladen deeltjes verandert.
• Wanneer de lading van de oppervlakteactieve stof hetzelfde was als het oppervlak, vloeistofstroom verhoogde de adsorptie van de oppervlakteactieve stoffen aan de deeltjesoppervlakken niet, maar verhoogde het aantal ionen nabij de oppervlakken. De afstotende krachten tussen de deeltjes namen iets af.
• Wanneer de lading van de oppervlakteactieve stof tegengesteld was aan de deeltjes, een lage concentratie van oppervlakteactieve stofstroom verhoogde de adsorptie van de oppervlakteactieve stoffen aan de deeltjesoppervlakken. Dit veranderde de krachten tussen de deeltjes en kon attracties veranderen in afstoting als de juiste concentratie van oppervlakteactieve stoffen werd gebruikt. Met hoge concentraties oppervlakteactieve stoffen waarbij de lading van de oppervlakken verandert in afwezigheid van stroming, stroming had de neiging om de stijfheid van de film van de geadsorbeerde oppervlakteactieve stoffen te verhogen.
• Het kan mogelijk zijn om het aggregatievermogen van geladen deeltjes te regelen met de stroomsnelheid als het juiste type oppervlakteactieve stof en de juiste concentratie wordt gebruikt.

Professor McNamee ontdekte dat de stroomsnelheid mogelijk kan worden gebruikt om de aggregatie en dispersie van geladen deeltjes te regelen, waardoor minder oppervlakteactieve stoffen worden gebruikt. Tijdens gebruik in de echte wereld, zoals waterbehandeling, het is mogelijk om onzuiverheden en schadelijke stoffen te verwijderen door ladingen te gebruiken om bepaalde stoffen op te vangen of af te weren. Zelfs ons lichaam maakt slim gebruik van oppervlakteactieve stoffen, te. Galzouten, (een oppervlakteactieve stof!) helpt bij de spijsvertering. De mogelijke toepassingen van dit onderzoek variëren van geneeskunde, zoals flowcytometer voor alle aspecten van de industrie.