Ett superhalt material som regenererar sin ytladdning när det är upplyst kan bana väg för nästa generations gränssnittsmaterial och mikrofluidik. Det nya materialet är en kombination av en sampolymer, små flytande metallpartiklar och smörjmedelsfångande mikrostrukturer, och dess utvecklare säger att det kan hitta tillämpningar i lab-on-a-chip-enheter, biologisk diagnostik och kemisk analys.
Halka smörjmedelsinfunderade porösa ytor (SLIPS) visar mycket lovande för enheter som är självrengörande, anti-isbildning och som kan motstå "nedsmutsning" av mikroorganismer som annars skulle kunna ackumuleras på strukturer som båtskrov eller mikrofluidchip. Sådana smörjmedel har dock sina nackdelar. För det första fungerar de som en fysisk skärm för materialet under dem, och döljer därigenom eventuella önskvärda egenskaper (som ytladdning) det kan ha. Sådan skärmning är inte bra för applikationer där droppar och vätskor behöver manipuleras och transporteras över den hala ytan på ett kontrollerat sätt.
Robust laddningsregenereringsförmåga
Forskare ledd av Xuemin Du av Shenzhen Institutes of Advanced Technology, kinesiska vetenskapsakademin, har nu utvecklat ett halt material som inte lider av dessa screeningseffekter. Den nya ljusinducerade laddade hala ytan (LICS), som den kallas, består av tre kärnkomponenter: Ga-In flytande metallpartiklar i mikrostorlek för att effektivt omvandla absorberat ljus till lokal värme; poly(vinylidenfluorid-co-trifluoreten) sampolymer för dess utmärkta ferroelektriska beteende; och mikrostrukturer belagda med ett skikt av hydrofobiserat SiO2nanopartiklar för att fånga in smörjmedlet.
I en serie experiment som beskrivs i Vetenskap Förskott, teamet använde ljus för att kontrollera rörelsen av droppar som placerats på den nya LICS och flyttade dem med hastigheter så höga som runt 18.8 mm/s och över avstånd så långa som runt 100 mm. Dessa droppar, som kan vara antingen mikroskopiska eller makroskopiska (deras volym varierade från 10-3 till 1.5 x 103 µL) kan även klättra upp på plana eller krökta ytor tack vare laddningen på LCIS – något som inte är möjligt för nuvarande SLIPS.
"LICS kan snabbt nå så högt som 1280 pico-Coulombs per kvadrat mm på 0.5 s när den utsätts för ljusbelysning", förklarar Du. "Dess robusta laddningsregenereringsförmåga visar inget tydligt förfall även efter att ha exponerats för 10 000 cykler av impuls nära-infraröd strålning, eller till och med nedsänkt i silikonolja i sex månader."
Kvanteffekter gör magneten förvånansvärt hala
Enligt teamet kan LICS användas för att skapa styrbara droppbaserade robotar och för att utföra kemiska reaktioner. Det kan också integreras i ett pumpfritt mikrofluidchip, vilket möjliggör tillförlitlig biologisk diagnos och analys i en sluten design.
Forskarna planerar nu att ytterligare optimera sin kontroll av dropparna. "Vi kommer också att utöka de biokemiska tillämpningarna av dessa intelligenta polymerer och LICS mikrofluidchips," berättar Du Fysikvärlden.
