Nyt smart materiale muliggør højtydende og pålidelig lysstyring af dråber

Evnen til at manipulere dråber spiller en afgørende rolle i grundforskning og praktiske anvendelser fra kemiske reaktioner til bioanalyse. Lysstyring af dråber muliggør fjern- og kontaktløs kontrol med bemærkelsesværdig rumlig og tidsmæssig nøjagtighed. Højtydende og pålidelig lysstyring af dråber er dog stadig udfordrende.

Nu har et forskerhold ledet af Dr. Du Xuemin fra Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) fra det kinesiske videnskabsakademi rapporteret om et nyt smart materiale med høj effektivitet og holdbar foto-induceret ladningsregenereringsevne, der muliggør lysstyring af dråber med overlegen ydeevne og pålidelighed.

Dette arbejde blev offentliggjort i National Science Review den 17. august.

Dette smarte materiale indeholder tre kernekomponenter:For det første flydende metalpartikler i mikrostørrelse med overlegne fototermiske og termisk ledende egenskaber; for det andet polyvinylidenfluorid-trifluorethylen-copolymer med fremragende ferroelektrisk og mekanisk opførsel; for det tredje mikropyramidale strukturer og lav-overfladeenergibelægninger af fluoreret SiO₂ nanopartikler til at forstærke superamfifobiciteten.

"Baseret på den synergistiske effekt af disse komponenter har de foto-inducerede ladede overflader (PICS'er) en overlegen evne til real-time og in-situ foto-induceret ladning ved eksponering for lysbelysning," sagde Dr. Du.

Denne karakteristiske ladningsgenereringsevne af PICS blev tydeligt afsløret ved scanning af Kelvin-probemikroskopi, som viste realtids- og in-situ-generering/-forsvinden af ​​de frie overfladeladninger ved eksponering for ON/OFF-lysbestråling.

PICS'ens ladningsgenereringsevne udviste ingen tilsyneladende nedbrydning selv i ekstreme miljøer, herunder høj relativ luftfugtighed (~ 90%) i 72 timer og høj temperatur (70 ℃). Ladningstætheden af ​​PICS forblev på stabilt høje niveauer på 252 pC mm ^-2 (top til top) selv efter 10.000 ON/OFF bestrålingscyklusser.

"Den enestående effektivitet, holdbarhed og stabilitet af den foto-inducerede ladningsregenerering i PICS er afgørende for lyskontrol af dråber," sagde Dr. Du.

Forskerne demonstrerede, at PICS gav et nyt paradigme for kontrollerbar dråbebevægelse, herunder høj gennemsnitshastighed, ubegrænset afstand, multimode-bevægelser (f.eks. fremad, bagud og rotation) og enkelt-til-multiple dråbemanipulation.

De udvidede også lyskontrol af dråber til robot- og bioapplikationer, herunder transport af en fast last i et lukket rør, krydsning af en lille tunnel, undgåelse af forhindringer, sansning af det skiftende miljø via farveskift med blotte øjne, klargøring af hydrogelperler, transport af levende celler og pålidelig biosensing.

"Vores robuste og biokompatible PICS giver ikke kun indsigt i udviklingen af ​​nye smarte grænsefladematerialer og mikrofluidik," sagde Dr. Du, "men bringer også nye muligheder for kemiske og biomedicinske anvendelser." + Udforsk yderligere

On-chip fotodetektion:To-dimensionelle materiale heterojunctions