211service.com
Super plastic trekt zowel water aan als water af
Een nieuwe, praktische methode om oppervlakken te maken met patronen van gebieden die water sterk aantrekken en sterk afstoten, zou kunnen leiden tot een zeer efficiënte methode voor het opvangen van schoon water. Dit veelzijdige materiaal kan ook worden gebruikt bij het vervaardigen van nieuwe soorten apparaten voor medische tests en chemische synthese.
Een nieuw materiaal kan van een patroon worden voorzien om water in sommige gebieden af te stoten (bolvormige druppeltjes) en het in andere aan te trekken (afgeplatte). Toepassingen kunnen zijn het oogsten van water in de woestijn. (Afbeelding met dank aan Michael Rubner, MIT.)
Wetenschappers hebben talloze toepassingen gerapporteerd van wateraantrekkende (superhydrofiele) en waterafstotende (superhydrofobe) oppervlakken, waaronder mistvrije brillen en windschermen, en zelfreinigende doeken en glas. Nu heeft een groep onderzoekers van de afdeling materiaalkunde en engineering van MIT die tegengestelde kenmerken op één oppervlak gecombineerd door een eenvoudig en veelzijdig fabricageproces te gebruiken.
[Klik hier voor afbeeldingen van dit nieuwe materiaal van dubbele kwaliteit.]
Robert Cohen , Michael Rubner , en collega's begonnen met het samenstellen van een nanogestructureerde film gemaakt van afwisselende lagen van positief en negatief geladen polymeren en nanodeeltjes van silica. De structuur van de film en een coating van wasachtig gefluoreerd silaan zorgen ervoor dat er water op parelt, waardoor bijna perfecte bollen worden gevormd die er gemakkelijk af kunnen rollen. Om de superhydrofiele gebieden toe te voegen (waaraan waterdruppels zich hechten), pasten de onderzoekers een natuurlijk hydrofiel polymeer toe op geselecteerde gebieden.
In droge delen van de wereld, zonder gemakkelijke toegang tot schoon water, zou een dergelijk materiaal kunnen worden gebruikt voor het opvangen van water. In deze toepassing zouden de hydrofiele delen van het materiaal vocht in de lucht aantrekken, waterdruppels verzamelend die zich ophopen, totdat ze overlopen in de hydrofobe gebieden en in een verzamelkanaal rollen. Momenteel gebruiken de inwoners in landen met beperkte toegang tot schoon water meestal grote mazen van polypropyleenvezels om water uit de mist te halen.
De nieuwe technologie zou zorgen voor een meer dan tienvoudige toename van de wateropvang in vergelijking met de inefficiënte netten die momenteel worden gebruikt, zegt Andrew Parker, een bioloog aan de Oxford University en het Natural History Museum in Londen, die de woestijnkever heeft bestudeerd die de MIT inspireerde het werk. Als het nieuwe materiaal eenvoudig zou kunnen worden toegevoegd aan de daken van huizen in gebieden die onderhevig zijn aan woestijnmist, zegt Parker, dan zou met weinig moeite een watervoorziening kunnen worden verkregen.
Rubner's lab gaat ook verder met de techniek. Wanneer we water oogsten, hebben we chemie ingebouwd in het hydrofiele gebied, zodat het een antibacterieel middel heeft om bacteriën en andere dingen die schade veroorzaken te doden, zegt Rubner. Dit ontsmet het water terwijl het zich ophoopt, zodat het opgevangen water veilig is voor gebruik. Door deze techniek toe te passen, hebben de onderzoekers veelvoorkomende schadelijke bacteriën in vier minuten kunnen doden, zegt hij.
De coating kan ook worden gebruikt in biomedische toepassingen om microfluïdische chips te maken. Doorgaans bevatten microfluïdische apparaten ingesloten micrometerbrede kanalen die zijn geëtst in silicium-, glas- of plastic platen. Vervolgens drijven druk- of elektrische velden kleine hoeveelheden vloeistof, meestal nanoliters, langs deze kanalen voor diagnostische tests en genetisch onderzoek. Om bijvoorbeeld de aanwezigheid van een bepaald eiwit in bloed te testen, kunt u bloed in één kanaal nemen en het naar een ander kanaal leiden dat een chemisch reagens bevat dat het eiwit identificeert.
Vergeleken met conventionele microfluidica zou een microfluïdische chip op basis van het nieuwe oppervlak het voordeel hebben dat het gemakkelijker kan worden gemengd, zegt Rubner. Op dit moment hebben de chips pompen en kleppen nodig die de vloeistof verplaatsen om vermenging te bewerkstelligen. In ons geval kun je de vloeistoffen mengen door alleen de hoeveelheid vloeistof die je op het oppervlak aanbrengt te regelen, zegt hij. Met een pipet kun je precieze hoeveelheden vloeistof toevoegen aan twee hydrofiele groeven die dicht bij elkaar zijn geplaatst. Naarmate u meer vloeistof toevoegt, puilen de druppels uit aan de rand van de groeven vanwege het omringende hydrofobe gebied. Uiteindelijk raken de uitpuilende oppervlakken elkaar aan en vermengen zich. Het kunnen beperken van vloeistoffen tot een klein gebied zou kunnen zorgen voor dicht opeengepakte reactieplaatsen met meer controle over de reactie, zegt hij, omdat aangrenzende druppels niet mengen tenzij ze daartoe gedwongen worden.
Hoewel het exacte gebruik van dit nieuwe materiaal nog onzeker is, biedt het veel mogelijkheden, zegt Kenneth Wynne , een professor in de chemische technologie aan de Virginia Commonwealth University. Het op deze manier modelleren van ultrahydrofiele patches op een ultrahydrofoob oppervlak is nieuw en nuttig, zegt hij.