Een superglad materiaal dat zijn oppervlaktelading regenereert wanneer het wordt verlicht, kan de weg vrijmaken voor grensvlakmaterialen en microfluïdica van de volgende generatie. Het nieuwe materiaal is een combinatie van een copolymeer, minuscule vloeibare metaaldeeltjes en microstructuren die smeermiddel insluiten, en de ontwikkelaars zeggen dat het toepassingen kan vinden in lab-on-a-chip-apparaten, biologische diagnostiek en chemische analyse.
Gladde, met smeermiddel doordrenkte poreuze oppervlakken (SLIPS) zijn veelbelovend voor apparaten die zelfreinigend en ijsvrij zijn en bestand zijn tegen "vervuiling" door micro-organismen die zich anders zouden kunnen ophopen op structuren zoals bootrompen of microfluïdische chips. Dergelijke smeermiddelen hebben echter ook hun keerzijde. Ten eerste fungeren ze als een fysiek scherm voor het materiaal eronder, waardoor eventuele gewenste eigenschappen (zoals oppervlaktelading) worden gemaskeerd. Een dergelijke afscherming is niet goed voor toepassingen waarbij druppels en vloeistoffen op een gecontroleerde manier moeten worden gemanipuleerd en getransporteerd over het gladde oppervlak.
Robuuste capaciteit voor laadregeneratie
Onderzoekers geleid door Xuemin Du van de Shenzhen Instituten voor geavanceerde technologie, Chinese Academie van Wetenschappen, hebben nu een glibberig materiaal ontwikkeld dat geen last heeft van deze screeningseffecten. Het nieuwe, door licht geïnduceerde geladen gladde oppervlak (LICS), zoals het wordt genoemd, bestaat uit drie kerncomponenten: micro-sized Ga-In vloeibare metaaldeeltjes voor het efficiënt omzetten van geabsorbeerd licht in lokale warmte; polyvinylideenfluoride-co-trifluorethyleen)copolymeer vanwege zijn uitstekende ferro-elektrische gedrag; en microstructuren bedekt met een laag gehydrofobeerd SiO2nanodeeltjes om het smeermiddel op te vangen.
In een reeks experimenten gedetailleerd in Wetenschap Advances, het team gebruikte licht om de beweging van druppeltjes op de nieuwe LICS te regelen, met snelheden tot wel 18.8 mm/sec en over afstanden tot wel 100 mm. Deze druppeltjes, die zowel microscopisch als macroscopisch kunnen zijn (hun volumes varieerden van 10-3 tot 1.5 x 103 µL) kan dankzij de lading op de LCIS ook op vlakke of gebogen oppervlakken klimmen - iets dat niet mogelijk is voor de huidige SLIPS.
"De LICS kan snel oplopen tot 1280 pico-Coulombs per vierkante mm in 0.5 s bij blootstelling aan licht", legt Du uit. "Het robuuste vermogen om lading te regenereren vertoont geen duidelijk verval, zelfs niet na blootstelling aan 10 cycli van impuls-nabij-infraroodstraling, of zelfs zes maanden ondergedompeld in siliconenolie."
Kwantumeffecten maken magneteen verrassend glad
Volgens het team zou de LICS kunnen worden gebruikt om bestuurbare robots op basis van druppels te maken en om chemische reacties uit te voeren. Het kan ook worden geïntegreerd in een pompvrije microfluïdische chip, waardoor een betrouwbare biologische diagnose en analyse in een gesloten ontwerp mogelijk is.
De onderzoekers zijn nu van plan hun controle over de druppeltjes verder te optimaliseren. "We zullen ook de biochemische toepassingen van deze intelligente polymeren en LICS microfluïdische chips uitbreiden", vertelt Du Natuurkunde wereld.
