Quantum of sonics:Bonded, ikke omrørt

Forskere ved McGill University har opdaget en ny måde at sammenføje materialer ved hjælp af ultralyd. Ultralyd – lyd så høj, at den ikke kan høres – bruges normalt til at smadre partikler fra hinanden i vand. I en nylig undersøgelse, holdet af forskere, ledet af McGill professor Jake Barralet, fra de odontologiske og medicinske fakulteter, fandt ud af, at hvis partikler blev belagt med fosfat, de kunne i stedet binde sig sammen til stærke agglomerater, på størrelse med sandkorn. Deres resultater er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .

Nanopartikler er ekstremt nyttige, men er svære at indeholde, fordi de er usynlige og let transporteres i luften. De kan også nemt komme ind i kroppen, skabe en bekymring for industriarbejdernes og offentlighedens sikkerhed. En ny metode til at klæbe nanopartikler til hinanden til noget, du kan håndtere sikkert med fingrene, uden at ændre deres nyttige egenskaber, kan have konsekvenser for en række dagligdags applikationer.

"At bruge ultralyd er en meget skånsom lavenergiproces sammenlignet med traditionelle ovne og svejsning, så selv aktive lægemidler og enzymer kan nemt indbygges i bærere for at lave nye hybridmaterialer, " siger prof. Barralet, ledende efterforsker af undersøgelsen og forskningsdirektør i afdelingen for kirurgi ved forskningsinstituttet ved McGill University Health Center (RI-MUHC).

Ultralyd fremkalder kortvarige bobler (kendt som kavitation), der skaber, i en brøkdel af et mikrosekund, når de falder sammen, 'hotspots' i tusindvis af grader. Fordi denne bobledannelse er en tilfældig og sjælden proces, videnskabsmænd har kæmpet med måder at udnytte dette utroligt kraftfulde fænomen til at samle materialer i stedet for til at ødelægge dem. Nøglen til McGill-holdets opdagelse var at udvikle en måde at lokalisere kavitation på nanopartiklernes overflade. Dette førte til opdagelsen af, at deres fosfatbelægning interagerer med ustabile radikaler skabt ved disse hotpots og får nanopartiklerne til at 'svejse' sammen irreversibelt.

Ligesom en mixolog (cocktailtjener) ryster drinks sammen for at skabe din yndlingsmartini, materialeforskere kan nu simpelthen blande præformede nanopartikler sammen og zappe dem i ultralydsbadet for at skabe nye mærkelige og vidunderlige hybride og fuldt funktionelle mikropartikelmaterialer, såsom ledende keramiske katalysatorer, magnetiske polymerer, og lægemiddelfyldte metaller.

"Vores opdagelse kan hjælpe med at lindre tabet af platin fra katalysatorer i bilers udstødninger, for eksempel. Halvdelen af ​​det platin, der udvindes årligt på verdensplan, bruges til at fremstille katalysatorer, og op til halvdelen af ​​dette platin går tabt i atmosfæren i løbet af bilens levetid. Dette skyldes en mangel på en bedre metode - indtil nu - til at binde nanopartikler på en robust og holdbar måde, mens de stadig opretholder deres aktivitet."

Undersøgelsens medforfatter og tidligere McGill doktorand, David Bassett, hjalp med at gøre opdagelsen, da han opdagede noget usædvanligt i bunden af ​​sit ultralydsbad.

"I stedet for at blive mindre, disse ting voksede og blev ved med at vokse. Vi gik op ad mange blindgyder, og det tog mig tre år at optrevle, hvad der foregik. Det var omhyggeligt, men nu er det virkelig tilfredsstillende endelig at have fat i det."