Smart overflade muliggør avanceret manipulation af dråber

I mange år, ingeniører har søgt at skabe en særlig slags overflade:en, der både kan frastøde og absorbere væsker, og hvis evne til at gøre det - dets "befugtningsadfærd" - kan kontrolleres hurtigt og præcist. Teknologien ville have en bred vifte af potentielle applikationer, fra vandfiltrering og biomedicinsk udstyr til flydende optiske linser og lab-on-a-chip-systemer.

Sådan en "smart overflade" er nu blevet udviklet af forskere ved University of British Columbia. Billig, skalerbar og drevet af kun et konventionelt elektrisk batteri, den kobberbaserede overflade ændres fra at være meget vandafvisende (superhydrofobisk) til meget vandabsorberende (superhydrofil), da elektrisk potentiale anvendes.

"Når små spændinger påføres overfladen, vanddråber, der i første omgang ruller af, holder sig mere og mere stramt til den, "siger Ben Zahiri, undersøgelsens medforfatter. "Ved at ændre spændingens størrelse og hvor lang tid den bruges, vi kan let styre den vinkel, som hver dråbe danner med overfladen, og hvor hurtigt dette sker. "

Når det elektriske potentiale fjernes, dråben bevarer sin form og forbliver fastgjort på plads.

Andre grupper har ændret befugtningsadfærden for kobberoverflader ved hjælp af stimuli som varme, UV-stråling og røntgenstråler. Men for at opnå dette, de krævede temperaturer er høje - op til 300 grader Celsius - og de krævede eksponeringstider er lange - fra snesevis af minutter til dage. Dette gør dem upraktiske til en række forbruger- og industrielle formål.

I modsætning, den elektriske stimulus, der bruges af UBC -teamet, ændrer befugtningsadfærden hurtigt (fra et par sekunder til et par minutter) og reversibelt, ved spændinger fundet i hverdagens batterier (mindre end 1,5 V). Det gør det ved at ændre oxidationstilstanden for kobberoverfladen, som indeholder en blanding af hydrofilt CuO og hydrofobt Cu ₂ O:som kobber mister elektroner, det bliver mindre tiltrukket af vand.

Evnen til at kontrollere overfladefugtbarhed kan være nyttig, uanset hvor små dråber, eller faste partikler absorberet af dråber, skal manipuleres, herunder mikrofluidiske enheder og systemer til håndtering af farligt materiale. Det tilbyder også avancerede selvrensende muligheder ved at muliggøre kontrolleret udrulning af væsker.

Selvom UBC -teamet valgte at undersøge kobber, fordi det er billigt, rigelig og en af ​​de mest anvendte metaller i verden, Zahiri mener, at den elektrokemiske manipulation af andre metaller, metaloxider og blandede oxider kan give tilsvarende lovende resultater. Hvad angår væsken, enhver ledende væske, såsom blod, kunne bruges.

"Disse fund kan åbne et nyt udforskningsområde for smarte overflader, "siger UBC maskiningeniør professor Walter Mérida, der havde tilsyn med arbejdet.

Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i Avancerede materialegrænseflader .