Για να μπει στο πνεύμα των γιορτών, μια ομάδα φυσικών στην Ολλανδία δημιούργησε πρόσφατα ένα μικροσκοπικό, τρισδιάστατο χριστουγεννιάτικο δέντρο από σωματίδια πάγου. Ωστόσο, η νέα μέθοδος δεν είναι καλή μόνο για διακοσμητικά έργα. Σύμφωνα με την εξήγησή τους στο Φύσηη προσέγγιση θα μπορούσε να είναι χρήσιμη σε μια σειρά βιομηχανιών—τόσο εδώ όσο και πολύ πέρα από τη Γη.
Για να χτίσουν το δέντρο, αξιοποίησαν τη δύναμη της ψύξης με εξάτμιση. Είναι μια απλή διαδικασία στη φυσική που εμφανίζεται τόσο στην καθημερινή σας ζωή όσο και σε προηγμένα επιστημονικά εργαστήρια. Στο πιο βασικό της επίπεδο, η ψύξη με εξάτμιση συμβαίνει όταν η θερμοκρασία του αέρα περιβάλλοντος μετατρέπει ένα υγρό σε ατμό. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τον ατμό που αναδύεται από ένα ζεστό φλιτζάνι καφέ και τον ιδρώτα που εξατμίζεται, καθώς και Μέθοδος για το βραβείο Νόμπελ χρήση φωτός λέιζερ για ψύξη και παγίδευση μεμονωμένων ατόμων.
Τυπωμένο Χριστουγεννιάτικο Δέντρο – Φτιαγμένο από Πάγο
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ ανακάλυψαν πρόσφατα μια άλλη περίπτωση ψύξης με εξάτμιση κατά τον ψεκασμό νερού για την εξάλειψη της οπισθέλκουσας του αέρα μέσα σε ένα δοχείο κενού. Μόλις η πίεση του αέρα του κενού έπεσε αρκετά χαμηλά, τα μόρια του νερού στην επιφάνεια του υγρού άρχισαν να διαφεύγουν συνεχώς ως ατμός. Ωστόσο, καθώς αυτά τα μόρια ατμού έφευγαν, η λανθάνουσα θερμότητά τους ψύξε τον ίδιο τον πίδακα νερού. Με ένα πίδακα μέτρησης μόνο 16 μικρομέτρων, η υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο το έκανε εξαιρετικά αποτελεσματικό στην εξαγωγή θερμότητας. Αυτό επιτρέπει στο υγρό να κρυώσει γρήγορα στο κενό, μειώνοντας 10 βαθμούς Φαρενάιτ σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο και παγώνοντας αμέσως μετά την πρόσκρουση σε μια επιφάνεια.
Αφού παρακολούθησαν τη φυσική σε δράση, η ομάδα συνειδητοποίησε ότι μπορούσαν να ανταλλάξουν το ακροφύσιο ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή με τον πίδακα νερού τους για να κατασκευάσουν δομές από καθαρό πάγο. Ενώ η εκτύπωση πάγου υπάρχει ήδη, απαιτεί ειδικά, συχνά δαπανηρά πρόσθετα.
«Οι προηγούμενες μέθοδοι εκτύπωσης πάγου βασίζονταν σε ψυχρά υποστρώματα ή κρυογονική υποδομή (υγρό άζωτο, ήλιο)», έγραψαν οι φυσικοί. «Η προσέγγισή μας ενσωματώνει το πίδακα σε έναν εμπορικό τρισδιάστατο εκτυπωτή που στεγάζεται μέσα σε έναν διαφανή θάλαμο κενού».
Μόλις εισαχθεί ένα σχέδιο στον εκτυπωτή, ο έλεγχος κίνησης του καθοδήγησε τον πίδακα νερού ακριβώς όπως θα έκανε έναν εξωθητήρα ρητίνης.
«Εδώ είναι που η καθυστέρηση κατάψυξης γίνεται κρίσιμη: το αποτιθέμενο νερό παραμένει υγρό για περίπου 0,5 δευτερόλεπτα πριν στερεοποιηθεί πλήρως», εξήγησαν. “Κατά τη διάρκεια αυτού του παραθύρου μισού δευτερολέπτου, πολλαπλά σταγονίδια που έχουν σχηματιστεί από τον πίδακα συγκλίνουν σε μια συνεκτική γραμμή. Η επιφανειακή τάση τα συγκρατεί. Στη συνέχεια, ξαφνικά, αρχίζει η κρυστάλλωση και διαδίδεται σε ολόκληρο το στρώμα.”
Το χριστουγεννιάτικο δέντρο με πάγο απόδειξης της ιδέας έχει ύψος μόλις 3,14 ίντσες, αλλά οι επιπτώσεις του ξεπερνούν μια καινοτόμο διακόσμηση. Τρισδιάστατοι εκτυπωμένοι σχηματισμοί πάγου θα μπορούσαν να χυτευτούν κατά την κατασκευή δομών ρητίνης ή πολυμερούς και στη συνέχεια να λιώσουν για να αφήσουν πίσω τους καθαρά, κούφια κανάλια. Οι ίδιες αρχές θα μπορούσαν επίσης να ισχύουν για τη μηχανική ιστών για χειρουργικές επεμβάσεις. Και χάρη στη φυσική, δεν απαιτούνται πρόσθετα.
“Μόλις ολοκληρωθεί η εκτύπωση και απελευθερωθεί το κενό, ο πάγος λιώνει καθαρά σε νερό – χωρίς υπολείμματα, χωρίς απόβλητα μετά την επεξεργασία”, έγραψε η ομάδα.
Υπάρχουν επίσης δυνατότητες χρήσης μακριά από τη Γη. Η επιφανειακή πίεση στον Άρη είναι πολύ εντός του εύρους λειτουργίας του εκτυπωτή κενού. Θεωρητικά, οι αστροναύτες μπορούσαν ακόμη και να εκτυπώσουν τρισδιάστατες δομές από τοπικά κοιτάσματα πάγου χωρίς να χρειάζεται να μεταφέρουν ακριβά, ογκώδη κρυογονικά εργαλεία από το σπίτι. Δεν είναι χριστουγεννιάτικο θαύμα – είναι φυσική.
2025 PopSci Outdoor Gift Guide
VIA: popsci.com
