Nanotech -partikelstratificeringsteknik giver nye muligheder for innovation

EU -forskere har vist, hvordan små nanotekniske partikler suspenderet i en væske adskilles efter størrelse, når væsken fordamper, en effekt, der kan føre til teknikker til fremstilling af lagdelte strukturer, der forbedrer mange daglige produkters ydeevne, såsom solcreme og elektronik.

Det EU-finansierede BARRIER PLUS-projekt har offentliggjort resultater fra forsøg, hvor de med succes har kunnet demonstrere, både teoretisk og eksperimentelt, den maling, der består af to partikler i to forskellige størrelser, hvis de er store nok, adskilles under tørring.

Resultatet er, at de mindre partikler, der er på en nanoteknisk skala på kun en tusindedel af et menneskehår, danne et lag oven på de større, en helt ny teknik. Ved at producere kolloider, der tørrer ind i en to-lags struktur, effekten kan muliggøre skabelse af kosmetik og elektroniske apparater med nye egenskaber.

Da væsken i et tørrende kolloid fordamper, partikler under tjenesten tvinges tættere sammen, da brunsk bevægelse resulterer i, at partiklerne skubber tilfældigt sammen. For mindre partikler, Brownsk bevægelse er hurtigere, så de lettere kan omfordele sig selv, når kolloidmængden falder. Større partikler er ikke i stand til at bevæge sig væk så hurtigt og akkumuleres dermed ved overflade-luft-grænsefladen.

Forskere, der har undersøgt kolloider, der indeholder partikler i forskellige størrelser, har fundet ud af, at for visse fordampningshastigheder, større partikler koncentreret i toppen af ​​tørrefilmen, mens mindre partikler var mere jævnt fordelt overalt. Det blev bredt antaget, at det samme gjaldt for alle fordampningshastigheder.

Uventet og uforudsigelig lagdeling

Imidlertid, BARRIER PLUS -forskere baseret på University of Surrey, Storbritannien, opdagede det stik modsatte, da de nærmere undersøgte en suspension indeholdende to størrelser partikler. Den lagdeling, de fandt, var hverken forventet eller forudsagt, og som sådan brugt flere måneder på at verificere deres resultater, udfører både detaljerede computersimuleringer og laboratorieforsøg på vandbaserede kolloider indeholdende sfæriske partikler i to størrelser.

Teamet modellerede suspensioner indeholdende store og små partikler med forskellige størrelsesforhold og med flere forskellige befolkningsforhold. Da vandet fordampede, de mindre sfærer flyttede op, mens de større gik ned. Effekten forekom i forhold til partikelstørrelser fra 2:1 til 14:1, men kun når antallet af små partikler var højere end antallet af store med en faktor 200 eller mere.

De verificerede derefter effekten ved at bruge akrylpartikler med diametre på 385 og 55 nanometer suspenderet i vand, mærkning af de større kugler med et rødt fluorescerende farvestof. Efter at kolloiderne tørrede, forskerne opdagede igen, at partikeldelingen igen var sket, men kun forudsat at det numeriske forhold mellem små og store partikler var over 200.

Muligheder for innovation

Efter BARRIER PLUS -eksperimenterne, denne proces med partikelstratificering kan føre til udvikling af nye og innovative produkter på tværs af en række industrier. Et eksempel er solcreme, hvor sollysblokerende partikler kunne designes til toppen, når de påføres, efterlader partiklerne, der klæber til huden nedenunder. Der er også muligheder for elektronikindustrien, som belægning til en mobiltelefon kunne udvikles med dobbelte egenskaber, såsom ridsefasthed på toppen og evnen til at klæbe til glas i bunden.