211service.com
Super plastik både tiltrækker og afviser vand
En ny, praktisk metode til at lave overflader med mønstre af områder, der stærkt tiltrækker og kraftigt afviser vand, kunne føre til en yderst effektiv metode til at opfange rent vand. Dette alsidige materiale kan også finde anvendelse ved fremstilling af nye typer anordninger til medicinske tests og kemisk syntese.
Et nyt materiale kan mønstres for at afvise vand i nogle områder (sfæriske dråber) og tiltrække det i andre (fladede). Anvendelser kan omfatte høst af vand i ørkenen. (Billede udlånt af Michael Rubner, MIT.)
Forskere har rapporteret adskillige anvendelser af vandtiltrækkende (superhydrofile) og vandafvisende (superhydrofobe) overflader, herunder dugfri briller og forruder, og selvrensende klud og glas. Nu har en gruppe forskere i MITs materialevidenskab og ingeniørafdeling kombineret disse modsatrettede egenskaber på en enkelt overflade ved at bruge en enkel og alsidig fremstillingsproces.
[For billeder af dette nye materiale i dobbelt kvalitet, klik her .]
Robert Cohen , Michael Rubner , og kolleger startede med at samle en nanostruktureret film lavet af vekslende lag af positivt og negativt ladede polymerer og silica nanopartikler. Filmens struktur og en belægning af voksagtig fluoreret silan får vand til at perle på den og danner næsten perfekte kugler, der let ruller af. For at tilføje de superhydrofile områder (som vanddråber klæber sig til), påførte forskerne en naturligt hydrofil polymer på udvalgte områder.
I tørre områder af verden, uden let adgang til rent vand, kunne et sådant materiale bruges til at opsamle vand. I denne applikation vil de hydrofile områder af materialet tiltrække fugt i luften og opsamle vanddråber, der samler sig, indtil de løber over i de hydrofobe områder og ruller ind i en opsamlingskanal. I øjeblikket, i lande med begrænset adgang til rent vand, bruger indbyggerne typisk store polypropylenfibermasker til at høste vand fra tåge.
Den nye teknologi ville give en mere end tidoblet stigning i vandfangsten sammenlignet med de ineffektive net, der bruges i øjeblikket, siger Andrew Parker, biolog ved Oxford University og Natural History Museum i London, som har studeret ørkenbillen, der inspirerede MIT arbejde. Hvis det nye materiale blot kunne tilføjes tagene på huse i områder, der er udsat for ørkentåger, siger Parker, så kunne en vandforsyning opnås med en lille indsats.
Rubners laboratorium tager også teknikken videre. Når vi høster vand, har vi kemi indbygget i det hydrofile område, så det har et antibakterielt middel til at dræbe bakterier og andre ting, der forårsager skade, siger Rubner. Dette dekontaminerer vandet, efterhånden som det ophobes, så det opsamlede vand er sikkert at bruge. Ved at anvende denne teknik har forskerne været i stand til at dræbe almindelige skadelige bakterier på fire minutter, siger han.
Belægningen kan også finde anvendelse i biomedicinske applikationer til fremstilling af mikrofluidchips. Typisk indeholder mikrofluidiske enheder lukkede mikrometerbrede kanaler ætset ind i silicium-, glas- eller plastplader. Så driver tryk eller elektriske felter små mængder væsker, typisk nanoliter, langs disse kanaler til diagnostiske tests og genetisk forskning. For at teste for tilstedeværelsen af et bestemt protein i blodet kan du for eksempel tage blod i én kanal og lede det til en anden kanal, der indeholder et kemisk reagens, der identificerer proteinet.
Sammenlignet med konventionel mikrofluidik ville en mikrofluidisk chip baseret på den nye overflade have fordelen af lettere blanding, siger Rubner. Lige nu har chipsene brug for pumper og ventiler, der flytter væsken rundt for at fremkalde blanding. I vores tilfælde kan man blande væskerne ved blot at kontrollere mængden af væske, man kommer på overfladen, siger han. Med en pipette kan du tilføje præcise mængder væske i to hydrofile riller placeret tæt på hinanden. Når du tilføjer mere væske, buler dråberne ud ved kanten af rillerne på grund af det omgivende hydrofobe område. Til sidst rører og blander de svulmende overflader. At være i stand til at begrænse væsker til et lille område kunne give tætpakkede reaktionssteder med mere kontrol over reaktionen, siger han, da tilstødende dråber ikke blandes, medmindre de er tvunget til det.
Mens de nøjagtige anvendelser af dette nye materiale stadig er usikre, åbner det op for mange muligheder, siger Kenneth Wynne , professor i kemiingeniør ved Virginia Commonwealth University. At mønstre ultrahydrofile pletter på en ultrahydrofob overflade på denne måde er nyt og nyttigt, siger han.