Endnu et skridt tættere på afstembare væsker

Brug af elektriske felter til at ændre egenskaberne for væsker i kontakt med en overflade kan bruges i flere applikationer, såsom elektroforese, hvor en elektrisk strøm kan adskille molekyler efter størrelse. Forskere ved A*STAR har nu udviklet en teknik til at undersøge effekten af ​​elektriske felter på egenskaberne af oliebaserede smøremidler, det kan føre til nye applikationer inden for nanofluidik og nanotribologi.

Når en væske er begrænset mellem overflader med tæt afstand, det kan danne ordnede lag, fører til ændringer i væskens viskositet og molekylære struktur. Forståelse af de mekaniske egenskaber ved disse ordnede lag er vigtig for udviklingen af ​​nanoteknologiske enheder og smøremidler.

Dette fik Sean O'Shea og Eugene Soh fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering til at udvikle en teknik til at undersøge, om væskers mekaniske egenskaber, såsom flow eller overfladeadhæsion, kan indstilles ved at anvende eksterne elektriske felter.

"Det er den type ingeniørspørgsmål, der skal behandles for at udvikle 'smarte' overflader til applikationer, der kræver elektrisk styrbar vedhæftning, smøring eller flow, "siger O'Shea." Dog, vi er først nødt til at undersøge tilstedeværelsen af ​​væsentlige elektrisk inducerede effekter. "

Undersøgelser hidtil har primært brugt vand eller ioniske væsker, fordi deres polære natur betyder, at de er betydeligt påvirket af elektriske felter. Imidlertid, brugen af ​​ioniske væsker er dyr, så forskerne brugte de mere konventionelle smøremidler undecanol og tetradecan, som består af langkædede kulbrinter, der leverer tykke ordnede lag.

Med et stærkt elektrisk felt mellem spidsen af ​​et atomkraftmikroskop (AFM) og et grafitsubstrat nedsænket i væskerne, forskerne var i stand til at producere højtordnede lag af carbonhydrider langs overfladen af ​​grafitten. Et træk ved disse ordnede lag er, at de giver anledning til oscillerende kræfter, der kan måles af AFM.

Selvom oscillerende kræfter blev observeret, da der ikke blev påført noget elektrisk felt - hvilket angav ordnede lag i væsken tæt på overfladen - viste disse kræfter sig langt sjældnere, når et stærkt elektrisk felt blev påført på tværs af undecanol, og lidt sjældnere i tetradecan.

Men da væskerne blev kogt ved 140 grader Celsius for at fjerne de små mængder vand, der findes i olierne, oscillatoriske kræfter forblev til stede, selv ved høje elektriske feltstyrker.

"Vores arbejde tyder på, at ud over ændringer i molekyleorientering, en anden mekanisme, der opstår ved tilstedeværelsen af ​​spor af vand, skal tages i betragtning, når elektriske felter anvendes, "siger O'Shea." Dette repræsenterer endnu et skridt tættere på kontrollerbar smøring og/eller væskestrøm på overflader. "