Vådt plasma giver et sprøjt i nanostørrelse

Olie og vand blandes ikke, men et KAUST -team har udnyttet de forskellige grænseflader mellem disse stoffer for at gøre plasmagenereringen i væsker mere effektiv. Denne fremgangsmåde lover godt for højydelsessyntese af nanomaterialer fra flydende reagenser eller for kontrolleret fjernelse af vandbårne parasitter.

Kendte versioner af plasmaer i neonskilte og tv -skærme bruger stabile, ladede partikler i gasform. Men når det produceres i vand fra nanosekundudbrud af elektricitet, positive ioner i plasmaet afkøles betydeligt i forhold til energiske varme elektroner. De resulterende ikke-termiske udladninger er i stand til at overføre energi til eller fra omgivende molekyler, gør dem til potentielle påvirkere af kemiske reaktioner.

Ahmad Hamdan, en postdoktor med Min Suk Cha, arbejder på at udvide virkningen af ​​in-liquid plasmaer ved at sænke typiske krav til nedbrydningsspænding. I første omgang, han og hans kolleger injicerede små gasbobler i væsker for at forstyrre det sædvanlige elektriske felt og skabe områder med forstærket intensitet for at rive ladninger fra hinanden. Desværre, denne strategi havde en tendens til at fange de varme elektroner inde i boblerne, isolere dem fra potentielle kemiske mål.

Disse undersøgelser, imidlertid, afslørede, at ændringer i dielektrisk permittivitet, en parameter, der påvirker, hvordan elektriske felter formerer sig i materialer, spillede en central rolle i boblebaseret feltforbedring. Hamdan indså, at dette fænomen kunne gengives ved at dyppe en elektrode i to væsker med forskellige reaktioner på elektriske felter-et lag med lav-dielektrisk heptanolie oven på vand, for eksempel.

Ved at optimere elektrodeens position inden for olie-vand-grænsefladen, Hamdan fandt ud af, at han kunne generere plasma i væskerne med 100% sandsynlighed ved lavere end normale spændinger. I øvrigt, plasmaet formerer sig langs grænsefladen med en femdoblet forbedring i udladningsvolumen.

"Dette er interessant, fordi plasmaet er i stand til at nedbryde begge væsker uden at ødelægge elektroden, "bemærker Hamdan." Dette giver os fleksibiliteten til at prøve at gøre en lang række stoffer til nye nanomaterialer. "

Som en demonstration, holdet erstattede heptanlaget med en hexamethyldisilazanolie indeholdende silicium, nitrogen- og carbonhydridatomer. Anvendelse af nanosekundets elektriske udladninger til denne olie-vand-grænseflade producerede organosilicium-nanopartikler med hurtige hastigheder-flere milligram i minuttet-sikkert lukket inde i det flydende medium. Yderligere efterbehandling gav arter stabile nok til mikroelektroniske enheder ved høj temperatur.

Vigtigt for dette arbejde var transmissionselektronmikroskopi leveret af Dalaver Anjum på Imaging and Characterization Core Lab i KAUST, hvilket viste sig afgørende for at etablere relationer mellem silica nanopartikler af forskellige størrelser og deres dielektriske egenskaber. Desuden, et særligt elektronprisme på mikroskopet gav element-for-element nedbrydning af individuelle nanopartikelsammensætninger.

Anvendelserne af dette arbejde er brede. "Vi har kun vist en del af de mulige gennemførlige applikationer, "siger Cha." Denne nye idé kan udvides til vandrensning, biomedicinske anvendelser, og opgradering af flydende brændstoffer af lav kvalitet; Vi vil fortsætte med at arbejde på at gøre disse applikationer håndgribelige.