211service.com
Super plastik zarówno przyciąga, jak i odpycha wodę
Nowa, praktyczna metoda tworzenia powierzchni z wzorami obszarów, które silnie przyciągają i silnie odpychają wodę, może prowadzić do wysoce wydajnej metody przechwytywania czystej wody. Ten wszechstronny materiał może również znaleźć zastosowanie w produkcji nowych typów urządzeń do testów medycznych i syntezy chemicznej.
Nowy materiał może być ukształtowany tak, aby odpychał wodę w niektórych obszarach (kropelki kuliste) i przyciągał ją w innych (spłaszczone). Zastosowania mogą obejmować zbieranie wody na pustyni. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Michaela Rubnera, MIT.)
Naukowcy donoszą o licznych zastosowaniach powierzchni przyciągających wodę (superhydrofilowych) i hydrofobowych (superhydrofobowych), w tym nieparujących okularów i szyb przednich oraz samoczyszczącej tkaniny i szkła. Teraz grupa badaczy z wydziału inżynierii materiałowej MIT połączyła te przeciwstawne cechy na jednej powierzchni, stosując prosty i wszechstronny proces produkcji.
[Aby zobaczyć obrazy tego nowego materiału o podwójnej jakości, kliknij tutaj .]
Robert Cohen , Michael Rubner , a koledzy rozpoczęli od złożenia nanostrukturalnej folii wykonanej z naprzemiennych warstw dodatnio i ujemnie naładowanych polimerów oraz nanocząstek krzemionki. Struktura filmu i powłoka z woskowatego fluorowanego silanu powodują, że woda na nim spływa, tworząc niemal idealne kulki, które łatwo spływają. Aby dodać regiony superhydrofilowe (do których przylegają kropelki wody), naukowcy zastosowali w wybranych obszarach naturalnie hydrofilowy polimer.
W suchych rejonach świata, bez łatwego dostępu do czystej wody, taki materiał mógłby posłużyć do zbierania wody. W tym zastosowaniu hydrofilowe obszary materiału przyciągałyby wilgoć z powietrza, zbierając gromadzące się krople wody, aż rozleją się do obszarów hydrofobowych i wtoczą się do kanału zbiorczego. Obecnie w krajach o ograniczonym dostępie do czystej wody mieszkańcy zazwyczaj używają dużych siatek z włókien polipropylenowych do zbierania wody z mgły.
Nowa technologia zapewniłaby ponad dziesięciokrotny wzrost przechwytywania wody w porównaniu z nieefektywnymi sieciami, które są obecnie używane, mówi Andrew Parker, biolog z Uniwersytetu Oksfordzkiego i Muzeum Historii Naturalnej w Londynie, który badał chrząszcza pustynnego, który zainspirował MIT. Praca. Gdyby nowy materiał można było po prostu dodać do dachów domów na obszarach narażonych na pustynne mgły, mówi Parker, wówczas można by uzyskać wodę przy niewielkim wysiłku.
Laboratorium Rubnera również rozwija tę technikę. Kiedy zbieramy wodę, mamy chemię wbudowaną w obszar hydrofilowy, dzięki czemu ma ona środek antybakteryjny, który zabija bakterie i inne szkodliwe czynniki, mówi Rubner. To odkaża wodę, gdy się gromadzi, dzięki czemu zebrana woda jest bezpieczna do użycia. Stosując tę technikę, naukowcy byli w stanie zabić powszechne szkodliwe bakterie w ciągu czterech minut, mówi.
Powłoka mogłaby również znaleźć zastosowanie w zastosowaniach biomedycznych do wytwarzania chipów mikroprzepływowych. Zazwyczaj urządzenia mikroprzepływowe zawierają zamknięte kanały o szerokości mikrometrów wytrawione w płytkach silikonowych, szklanych lub plastikowych. Następnie ciśnienie lub pola elektryczne napędzają niewielkie objętości płynów, zazwyczaj nanolitrów, wzdłuż tych kanałów do testów diagnostycznych i badań genetycznych. Na przykład, aby sprawdzić obecność określonego białka we krwi, można pobrać krew z jednego kanału i skierować ją do innego kanału zawierającego odczynnik chemiczny, który identyfikuje białko.
W porównaniu z konwencjonalną mikrofluidyką, chip mikroprzepływowy oparty na nowej powierzchni miałby zaletę łatwiejszego mieszania, mówi Rubner. Obecnie wióry potrzebują pomp i zaworów, które poruszają cieczą w celu wywołania mieszania. W naszym przypadku możesz mieszać płyny, kontrolując ilość płynu, który nakładasz na powierzchnię, mówi. Za pomocą pipety możesz dodać precyzyjne ilości płynu do dwóch hydrofilowych rowków umieszczonych blisko siebie. Gdy dodajesz więcej płynu, kropelki wybrzuszają się na krawędzi rowków z powodu otaczającego obszaru hydrofobowego. W końcu wypukłe powierzchnie dotykają się i mieszają. Możliwość ograniczenia cieczy do małego obszaru może zapewnić gęsto upakowane miejsca reakcji z większą kontrolą nad reakcją, ponieważ sąsiednie krople nie mieszają się, chyba że zostaną do tego zmuszone.
Chociaż dokładne zastosowania tego nowego materiału są nadal niepewne, otwiera on wiele możliwości, mówi Kenneth Wynne , profesor inżynierii chemicznej na Virginia Commonwealth University. Jak mówi, modelowanie ultrahydrofilowych łat na ultrahydrofobowej powierzchni w ten sposób jest nowe i użyteczne.