Licht lädt rutschige Oberflächen wieder auf

Ein supergleitfähiges Material, das bei Beleuchtung seine Oberflächenladung regeneriert, könnte den Weg für Grenzflächenmaterialien und Mikrofluidik der nächsten Generation ebnen. Das neue Material ist eine Kombination aus einem Copolymer, winzigen flüssigen Metallpartikeln und Schmiermittel einfangenden Mikrostrukturen, und seine Entwickler sagen, dass es Anwendungen in Lab-on-a-Chip-Geräten, biologischer Diagnostik und chemischer Analyse finden könnte.

Rutschige, mit Schmiermittel angereicherte poröse Oberflächen (SLIPS) sind vielversprechend für selbstreinigende, vereisungshemmende und in der Lage, „Fouling“ durch Mikroorganismen zu widerstehen, die sich andernfalls auf Strukturen wie Bootsrümpfen oder mikrofluidischen Chips ansammeln könnten. Solche Schmiermittel haben jedoch ihre Kehrseite. Zum einen fungieren sie als physikalischer Schirm für das darunter liegende Material und maskieren dadurch alle wünschenswerten Eigenschaften (z. B. Oberflächenladung), die es haben könnte. Ein solches Sieben ist nicht gut für Anwendungen, bei denen Tröpfchen und Flüssigkeiten auf kontrollierte Weise manipuliert und über die rutschige Oberfläche transportiert werden müssen.

Robuste Ladungsregenerationsfähigkeit

Forscher angeführt von Xuemin Du dauert ebenfalls 3 Jahre. Das erste Jahr ist das sog. Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften, haben nun ein glattes Material entwickelt, das nicht unter diesen Abschirmeffekten leidet. Die neue lichtinduzierte geladene rutschige Oberfläche (LICS), wie sie genannt wird, besteht aus drei Kernkomponenten: mikrogroße Ga-In-Flüssigmetallpartikel zur effizienten Umwandlung von absorbiertem Licht in lokale Wärme; Polyvinylidenfluorid-co-Trifluorethylen)-Copolymer wegen seines ausgezeichneten ferroelektrischen Verhaltens; und mit einer Schicht aus hydrophobiertem SiO beschichtete Mikrostrukturen₂Nanopartikel zum Einfangen des Schmiermittels.

In einer Reihe von Experimenten detailliert in Wissenschaft Fortschritte, Das Team verwendete Licht, um die Bewegung von Tröpfchen zu steuern, die auf dem neuen LICS platziert wurden, und bewegte sie mit Geschwindigkeiten von bis zu etwa 18.8 mm/s und über Entfernungen von bis zu etwa 100 mm. Diese Tröpfchen, die entweder mikroskopisch oder makroskopisch sein können (ihr Volumen reichte von 10^-3 bis 1.5 x 10³ µL) kann dank der Ladung des LCIS auch ebene oder gewölbte Oberflächen erklimmen – was bei aktuellen SLIPS nicht möglich ist.

„Das LICS kann schnell bis zu 1280 Pico-Coulomb pro Quadratmillimeter in 0.5 s erreichen, wenn es Licht ausgesetzt wird“, erklärt Du. „Seine robuste Ladungsregenerationsfähigkeit zeigt keinen offensichtlichen Abfall, selbst nachdem er 10 Zyklen einer Impulsbestrahlung im nahen Infrarot ausgesetzt oder sogar sechs Monate lang in Silikonöl eingetaucht wurde.“

Laut dem Team könnte das LICS verwendet werden, um lenkbare, auf Tröpfchen basierende Roboter zu schaffen und chemische Reaktionen durchzuführen. Es könnte auch in einen pumpenfreien mikrofluidischen Chip integriert werden, was eine zuverlässige biologische Diagnose und Analyse in einem geschlossenen Design ermöglicht.

Die Kontrolle der Tröpfchen wollen die Forscher nun weiter optimieren. „Wir werden auch die biochemischen Anwendungen dieser intelligenten Polymere und mikrofluidischen LICS-Chips erweitern“, sagt Du Physik-Welt.