211service.com
Superplast både attraherar och avvisar vatten
En ny, praktisk metod för att göra ytor med mönster av områden som starkt attraherar och kraftigt avvisar vatten skulle kunna leda till en mycket effektiv metod för att fånga upp rent vatten. Detta mångsidiga material kan också hitta användningsområden för att tillverka nya typer av anordningar för medicinska tester och kemisk syntes.
Ett nytt material kan mönstras för att stöta bort vatten i vissa områden (sfäriska droppar) och attrahera det i andra (tillplattade sådana). Tillämpningar kan innefatta att skörda vatten i öknen. (Bild med tillstånd av Michael Rubner, MIT.)
Forskare har rapporterat många tillämpningar av vattenattraherande (superhydrofila) och vattenavvisande (superhydrofoba) ytor, inklusive imfria glasögon och vindrutor, och självrengörande tyg och glas. Nu har en grupp forskare vid MIT:s materialvetenskap och ingenjörsavdelning kombinerat de motsatta egenskaperna på en enda yta genom att använda en enkel och mångsidig tillverkningsprocess.
[För bilder av detta nya material med dubbel kvalitet, klicka här .]
Robert Cohen , Michael Rubner , och kollegor började med att sätta ihop en nanostrukturerad film gjord av omväxlande lager av positivt och negativt laddade polymerer och kiseldioxidnanopartiklar. Filmens struktur och en beläggning av vaxartad fluorerad silan gör att vatten pärlar sig på den och bildar nästan perfekta sfärer som lätt rullar av. För att lägga till de superhydrofila regionerna (till vilka vattendroppar klamrar sig fast) applicerade forskarna en naturligt hydrofil polymer på utvalda områden.
I torra områden i världen, utan enkel tillgång till rent vatten, skulle ett sådant material kunna användas för att samla upp vatten. I denna applikation skulle de hydrofila områdena av materialet attrahera fukt i luften och samla vattendroppar som ackumuleras, tills de rinner över till de hydrofoba områdena och rullar in i en uppsamlingskanal. För närvarande, i länder med begränsad tillgång till rent vatten, använder invånarna vanligtvis stora polypropenfibernät för att skörda vatten från dimma.
Den nya tekniken skulle ge en mer än tiofaldig ökning av vattenfångningen jämfört med de ineffektiva nät som används för närvarande, säger Andrew Parker, biolog vid Oxford University och Natural History Museum i London, som har studerat ökenbaggen som inspirerade MIT arbete. Om det nya materialet kunde läggas till helt enkelt på hustaken i områden som utsätts för ökendimma, säger Parker, skulle en vattenförsörjning kunna uppnås med liten ansträngning.
Rubners labb tar också tekniken vidare. När vi skördar vatten har vi kemi inbyggd i det hydrofila området så att det har ett antibakteriellt medel för att döda bakterier och annat som orsakar skada, säger Rubner. Detta dekontaminerar vattnet när det ackumuleras så att det uppsamlade vattnet är säkert att använda. Med den här tekniken har forskarna kunnat döda vanliga skadliga bakterier på fyra minuter, säger han.
Beläggningen kan också hitta användningsområden i biomedicinska applikationer för att göra mikrofluidiska chips. Vanligtvis innehåller mikrofluidiska enheter inneslutna mikrometer breda kanaler etsade i kisel-, glas- eller plastplattor. Sedan driver tryck eller elektriska fält små volymer vätskor, vanligtvis nanoliter, längs dessa kanaler för diagnostiska tester och genetisk forskning. För att till exempel testa förekomsten av ett visst protein i blodet kan du ta blod i en kanal och styra det till en annan kanal som innehåller ett kemiskt reagens som identifierar proteinet.
Jämfört med konventionell mikrofluidik skulle ett mikrofluidchip baserat på den nya ytan ha fördelen av enklare blandning, säger Rubner. Just nu behöver flisen pumpar och ventiler som flyttar runt vätskan för att framkalla blandning. I vårt fall kan man blanda vätskorna genom att bara kontrollera mängden vätska man lägger på ytan, säger han. Med en pipett kan du lägga till exakta mängder vätska i två hydrofila spår placerade nära varandra. När du tillsätter mer vätska buktar dropparna ut vid kanten av spåren på grund av det omgivande hydrofoba området. Så småningom berör och blandas de utbuktande ytorna. Att kunna begränsa vätskor till ett litet område kan ge tätt packade reaktionsställen med mer kontroll över reaktionen, säger han, eftersom intilliggande droppar inte kommer att blandas om de inte tvingas till.
Även om den exakta användningen av detta nya material fortfarande är osäkra, öppnar det upp för många möjligheter, säger Kenneth Wynne , professor i kemiteknik vid Virginia Commonwealth University. Att mönstra ultrahydrofila plåster på en ultrahydrofob yta på det här sättet är nytt och användbart, säger han.