Wässrige Mininachrichten Forscher können buchstäblich ins Wasser schreiben

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Experten der JGU Mainz, der TU Darmstadt und der Universität Wuhan können jetzt Tintenpartikel im Wasser zu Linien und Buchstaben anordnen, wie jetzt in der Fachzeitschrift Small zu lesen war.

Schreiben ist bekanntlich eine uralte Kulturtechnik. Zwar hat sich das Schriftsystem seither perfektioniert, doch eins ist geblieben! Denn sowohl die Keilschrift als auch die heutige Schrift nutzen feste Oberflächen, um die Informationen festzuhalten. Zwar kann man mit einer Taschenlampe – wenn man schnell genug ist – wenigstens Buchstaben in die Luft malen. Aber das ist wie die Entsteh-und-Vergeh-Schrift des Wuslons Zini im Kinderfernsehen der 80er-Jahre sehr kurzlebig. Besser geht`s schon mit Rauch, wie es Flugzeuge schaffen, was auch noch eine 3D-Schrift erzeugt. Tunkt man aber einen Füller ins Wasser, um dann zu schreiben, wird man enttäuscht. Es entstehen Wirbel im Wasser, wenn man den Füller hindurchzieht und die Schriftspur verwischt. Doch wie die Reynolds-Zahl angibt, sinkt die Zahl der entstehenden Wirbel, je kleiner das sich bewegende Objekt ist. Doch wo soll bei einem Winzling an Stift genug Tinte herkommen? Mit Tank wäre der Stift auch wieder zu groß. Die Wissenschaftler haben sich deshalb etwas ganz anderes einfallen lassen:

Ein winziger „Kugelschreiber“ textet im Wasserbad

Das Forscherteam gibt die Tintenpartikel direkt ins Wasser und nutzen als „Stift“ ein 20 bis 50 Mikrometer messendes Kügelchen aus Ionentauschermaterial. Dieses Kügelchen ist nämlich klein genug, um keinerlei Wirbel zu erzeugen. Der Clou ist, wie die Forscher betonen, dass das Kügelchen das Restsalz des Wassers gegen Protonen austauscht und dabei lokal den pH-Wert des Wassers ändert. Wird das Kügelchen dabei über den Boden eines Wasserbads gerollt, hinterlässt es eine unsichtbare Spur mit niedrigerem pH-Wert. Diese zieht wiederum die Tintenpartikel an – der von der „Schreibkugel“ zurückgelegte Weg wird folglich mit Tinte markiert und man erhält eine feine Linie von nur wenigen Hundertstel Millimetern Breite im Bereich des jeweilig niedrigsten pH-Wertes. Um einen Buchstaben im Wasser zu schreiben, reiche es im Prinzip, das Wasserbad so zu kippen, dass die Kugel den entsprechenden Weg rollt. Doch die Forscher nutzen mittlerweile eine programmierbare Wippe. Das Wasserbad ist aber nicht größer als eine Ein-Euro-Münze, heißt es weiter. So entstand etwas das Bild vom „Haus vom Nikolaus“, das aber nur so groß ist wie der I-Punkt einer 18 Punkt-Schrift. Zum Lesen braucht man also ein Mikroskop. Das sei aber nur ein erster Schritt. Das Schreiben in einer durchgehenden Linie beliebiger Form funktioniere immerhin gut reproduzierbar, wie auch begleitende Simulationen bestätigeten. Unterbrechungen des Schriftzugs, wie sie zwischen verschiedenen Buchstaben bestehen, lassen sich ebenfalls realisieren machen. Beispielsweise indem der Ionentauschvorgang durch Belichtung gezielt „an- und ausgeschaltet“ wird. Auch Radieren und Korrigieren sind quasi auch bereits möglich.

Wasserschreibeffekt lässt sich gut optimieren

Professor Dr. Benno Liebchen und Lukas Hecht von der TU Darmstadt entwickelten ein theoretisches Modell, das den Mechanismus, der das Schreiben in Wasser ermöglicht, erklärt. Die zugehörigen Simulationen haben gezeigt, dass der Mechanismus generisch – also allgemeingültig – ist und deshalb in Zukunft auf viele verschiedene Arten umgesetzt werden kann, so Liebchen, Leiter der Arbeitsgruppe Theorie Weicher Materie am Institut für Physik Kondensierter Materie (IPKM). Als „Stift“ kommen zum Beispiel auch Teilchen infrage, die von Laserlicht erhitzt werden oder sogar individuell gesteuerte Mikroschwimmer. Liebchen: „Das könnte ein hochgradig parallelisiertes Schreiben in Wasser ermöglichen. Der Mechanismus kann in Zukunft zum Beispiel genutzt werden, um selbst komplizierteste Konzentrationsmuster in Flüssigkeiten zu erzeugen.“ Auf der nächsten seite wird es aber noch kurioser ...

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