Klemmer sig i den bedste form

Indtil nu, Det har ikke været muligt at producere væsker, der kan formes og omformes efter behov. Forskere opdagede en enkel måde at danne stabiliserede dråber i en række forskellige strukturer. Tætpakkede nanopartikel-polymer-samlinger på dråbeoverflader blev presset til ønskede formsamlinger med et elektrisk felt. Denne nye tilgang er en enkel måde at danne dråber af en væskefase i en anden væske. Dette kan føre til kontinuerlig produktion af diskrete, lydhør, og rekonfigurerbare flydende systemer.

Dette er en unik platform til at printe væsker ind i strukturer såsom små rør eller specielle svampelignende geler med ønskede kanaldimensioner. Denne udskrivning kan strukturere, reorganisere, og låser det rumlige arrangement af væsker på ubestemt tid. Resultatet? De trykte væsker kan skabe optimerede veje for flowet af mekaniske, elektriske, eller optisk energi gennem et materiale. Justering af kompression ved overfladen kan føre til avancerede – selv revolutionerende – energilagrings- og katalysatorteknologier.

Biologiske celler opdeler funktionerne af proteiner og enzymer i organeller og organiserer sig i væv, der koordinerer for at udføre arbejde. Fangst, a.k.a. jamming, nanopartikler på vanddråbeoverflader tilbyder uovertrufne veje til tilsvarende opdeling af menneskeskabte stoffer, hvilket resulterer i samling af strukturerede væsker.

Forskere ved Lawrence Berkeley National Laboratory har vist, at to væsker, der ikke blandes (kaldet ikke-blandbare), kan formes efter behov til stabile ikke-sfæriske strukturer. Nøglen er tætpakkede nanopartikel-overfladeaktive stoffer (sæbelignende materialer) på dråbeoverflader, der klemmes af et elektrisk felt. En vanddråbe indeholdende nanopartikler dekoreret med negativt ladede funktionelle grupper blev først skabt. Vanddråben var i en olie indeholdende polymerer med komplementære positivt ladede grupper i den ene ende. Dette gjorde det muligt for de modsatte ladninger at danne samlinger ved vand-olie-grænsefladen. Et elektrisk felt blev påført på tværs af dråben, deformerer det til en aflang form med øget overfladeareal. Dette gjorde det muligt at danne flere samlinger ved dråbeoverfladen. Efter fjernelse af det elektriske felt, dråben forsøgte at vende tilbage til en lavere overfladearealform (kugle). Imidlertid, samlingerne blev komprimeret og fastklemt ved grænsefladen. Dette fik væskens form til at blive fikseret, "arresterer" væsken i en ellers meget ustabil form.

Undertrykkelse af ustabiliteten muliggør udvikling af en kontinuerlig proces til dannelse af meget ensartede dråber med en bred vifte af former. I øvrigt, dråbekonfigurationen kan ændres kontrollerbart. Efterfølgende påføring af en kraft, såsom et elektrisk eller magnetisk felt, kan få dråben til at deformeres. Den fastklemte enhed bliver flydende. Dette gør det muligt at omkonfigurere dens rumlige organisation og danne en ny dråbeform efter fjernelse af feltet.

Ved at bruge denne enkle proces, to ublandbare væsker frembragte den første pinefulde, fuldstændig flydende struktur med indbyrdes forbundne sub-mikrometer (smalere end et menneskehår) kanaler og en vedvarende form. Sådanne "bijels" (bicontinuous jammed emulsion) kan have fordele som materialer til katalyse og energilagring, men vanskeligheder med at producere dem og reducere størrelsen af ​​deres kanal har begrænset deres værdi til dato. Denne nanopartikel-overfladeaktive tilgang er enklere og førte til bijels med afstembare kanalstørrelser - endda ned til ti gange lavere end i øjeblikket muligt. En bred vifte af væsker, nanopartikel, og polymerkemi og -koncentrationer kan anvendes. Disse resultater giver værdifuld vejledning til udvælgelsen af ​​funktionaliserede nanopartikler og polymerer for at indstille dråbesamlingsprocessen for at generere strukturerede væsker på en forudsigelig måde.