Drones en andere vliegtuigen spuiten effectief pesticiden over kilometerslange gewassen, maar de methode kan ook het milieu vervuilen als de wind de mist buiten het doel brengt.

Een van de problemen is dat kleine druppeltjes moeilijk zijn voor luchtspuitmachines, inkjetprinters en een breed scala aan andere machines om te bedienen. Ingenieurs van Purdue University zijn de eersten die met de wiskundige formule komen die ontbrak om een ​​belangrijke eigenschap van deze druppels te meten.

"Er zijn veel eigenschappen die van invloed zijn op de vorming van een druppel. Een van die belangrijke eigenschappen is de oppervlakteviscositeit, die mensen heel wat tijd hebben gehad om te meten omdat ze gewoon niet de tools hadden om het te doen, " zei Osman Basaran, Purdue's Burton en Kathryn Gedge hoogleraar chemische technologie.

Pesticiden en andere chemicaliën bevatten additieven die oppervlakteactieve stoffen worden genoemd. Deze oppervlakteactieve moleculen weerstaan ​​elkaar aan het oppervlak van een vloeistof, waardoor een kleverige kracht ontstaat die oppervlakteviscositeit wordt genoemd en die de druppel kleiner kan maken. Hoe hoger de oppervlakteviscositeit, hoe compacter de vorm van een druppel.

Basaran en zijn studenten hebben een manier bedacht om de oppervlakteviscositeit te berekenen door gewoon te kijken hoe een druppel zich uitrekt. Een foto die is gemaakt van de uitgerekte druppel terwijl deze begint te breken, geeft de waarden die in een eenvoudige wiskundige formule moeten worden omgezet die de meting van de oppervlakteviscositeit levert.

De formule wordt beschreven in een paper gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven . De ontdekking maakt een einde aan een decennialange race van onderzoekers over de hele wereld om de oppervlakteviscositeit meetbaar te maken. Andere co-auteurs van dit artikel zijn Hansol Wee, Brayden Wagoner en Pritish Kamat.

Niet in staat zijn om precies te meten hoeveel oppervlakteviscositeit de druppelvorming beïnvloedt, heeft beperkingen gesteld aan het veiliger en nauwkeuriger maken van machines, zei Basaran, die een centrum leidt dat werkt aan het oplossen van de wetenschap achter problemen bij de fabricage van machines.

Oplossingen van het centrum, genaamd het Purdue Process Safety and Assurance Center, direct partners helpen in sectoren zoals landbouw, gezondheidszorg en energie.

Een beter begrip van druppeltjes en hoe ze te beheersen, is van invloed op al die industrieën. Zoals het sproeien van gewassen, inkjetprinten in een fabriek produceert kleine druppeltjes die in de lucht kunnen komen en ademhalingsproblemen kunnen veroorzaken.

Een nauwkeurigere controle van een vloeistofachtige substantie zou ook de prestaties van een machine kunnen verbeteren, zoals een 3D-printer de mogelijkheid geven om betrouwbaardere of gedetailleerdere objecten te produceren.

"Een materiaal met een te hoge of te lage oppervlakteviscositeit kan leiden tot slechte resultaten in het fabricageproces. Als je die metingen kent, kun je verschillende chemische eigenschappen gebruiken om een ​​materiaal te maken dat niet leidt tot een oppervlakteviscositeit die tot een slechte resultaat, ' zei Basarán.

Volgende, Het team van Basaran is van plan deze wiskundige formule op te nemen in experimenten om nieuwe machineontwerpen aan te bevelen. De formule zou in de toekomst ook een commercieel instrument kunnen worden, zoals een smartphone-app.

"Deze ontdekking opent veel mogelijkheden voor fundamenteel onderzoek dat voorheen niet mogelijk was, ' zei Basarán.