В течение многих лет инженеры стремились создать особую поверхность: такую, которая могла бы как отталкивать, так и впитывать жидкости, и чью способность делать это - ее «смачивающее поведение» - можно было бы быстро и точно контролировать. Эта технология может иметь широкий спектр потенциальных применений, от фильтрации воды и биомедицинских устройств до жидких оптических линз и систем «лаборатория на чипе».
Такую «умную поверхность» разработали исследователи из Университета Британской Колумбии. Недорогая, масштабируемая и работающая от обычной электрической батареи поверхность на основе меди меняется от очень водоотталкивающей (супергидрофобной) до очень водопоглощающей (супергидрофильной) при приложении электрического потенциала.
«Когда к поверхности прикладывается крошечное напряжение, капли воды, которые первоначально скатываются, прилипают к ней все более и более плотно», - говорит Бен Захири, соавтор исследования. «Изменяя величину напряжения и продолжительность его подачи, мы можем легко контролировать угол, под которым каждая капля образует поверхность, и то, как быстро это происходит».
При снятии электрического потенциала капля сохраняет свою форму и остается на месте.
Другие группы модифицировали смачиваемость медных поверхностей, используя такие раздражители, как тепло, УФ-излучение и рентгеновские лучи. Но для этого необходимы высокие температуры - до 300 градусов по Цельсию - и требуемые времена выдержки велики - от десятков минут до суток. Это делает их непрактичными для ряда потребительских и промышленных целей.
Напротив, электрический стимул, используемый командой UBC, быстро (от нескольких секунд до нескольких минут) и обратимо изменяет поведение мочи при напряжениях, характерных для повседневных батарей (менее 1,5 В). Это происходит за счет изменения степени окисления поверхности меди, которая содержит смесь гидрофильного CuO и гидрофобного Cu2O: поскольку медь теряет электроны, она меньше притягивается к воде.
Возможность контролировать смачиваемость поверхности может быть полезна везде, где необходимо манипулировать каплями или твердыми частицами, поглощаемыми каплями, включая микрожидкостные устройства и системы обработки опасных материалов. Он также предлагает расширенные возможности самоочистки за счет контролируемого стекания жидкостей.
Хотя команда UBC решила исследовать медь, потому что она дешева, распространена и является одним из наиболее часто используемых металлов в мире, Захири считает, что электрохимические манипуляции с другими металлами, оксидами металлов и смешанными оксидами могут дать столь же многообещающие результаты. полученные результаты. Что касается жидкости, то можно использовать любую проводящую жидкость, например, кровь.
«Эти результаты могут открыть новую область исследований умных поверхностей», - говорит профессор машиностроения Университета Британской Колумбии Уолтер Мерида, руководивший работой.