Het gebruik van elektrische velden om de eigenschappen van vloeistoffen in contact met een oppervlak te wijzigen, kan in verschillende toepassingen worden gebruikt, zoals elektroforese, waar een elektrische stroom moleculen op grootte kan scheiden. Onderzoekers van A*STAR hebben nu een techniek ontwikkeld om het effect van elektrische velden op de eigenschappen van smeermiddelen op oliebasis te onderzoeken. die kunnen leiden tot nieuwe toepassingen in nanofluïdica en nanotribologie.

Wanneer een vloeistof is opgesloten tussen dicht bij elkaar liggende oppervlakken, het kan geordende lagen vormen, wat leidt tot veranderingen in de viscositeit en moleculaire structuur van de vloeistof. Het begrijpen van de mechanische eigenschappen van deze geordende lagen is belangrijk voor de ontwikkeling van nanotechnologische apparaten en smeermiddelen.

Dit bracht Sean O'Shea en Eugene Soh van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering ertoe een techniek te ontwikkelen om te onderzoeken of de mechanische eigenschappen van vloeistoffen, zoals vloei- of oppervlaktehechting, kan worden afgestemd door het toepassen van externe elektrische velden.

"Dit zijn het soort technische vragen die moeten worden beantwoord om 'slimme' oppervlakken te ontwikkelen voor toepassingen die elektrisch regelbare hechting vereisen, smering of stroming, "zegt O'Shea. "Echter, we moeten eerst de aanwezigheid van significante elektrisch geïnduceerde effecten onderzoeken."

Studies hebben tot nu toe voornamelijk water of ionische vloeistoffen gebruikt omdat hun polaire aard betekent dat ze aanzienlijk worden beïnvloed door elektrische velden. Echter, het gebruik van ionische vloeistoffen is duur, dus gebruikten de onderzoekers de meer conventionele smeermiddelen undecanol en tetradecaan, die bestaan ​​uit langketenige koolwaterstoffen die dikke geordende lagen vormen.

Met een sterk elektrisch veld tussen de punt van een atoomkrachtmicroscoop (AFM) en een grafietsubstraat ondergedompeld in de vloeistoffen, de onderzoekers waren in staat om zeer geordende lagen koolwaterstoffen langs het oppervlak van het grafiet te produceren. Een kenmerk van deze geordende lagen is dat ze oscillerende krachten veroorzaken die door de AFM kunnen worden gemeten.

Hoewel oscillerende krachten werden waargenomen wanneer er geen elektrisch veld werd aangelegd - wat duidt op geordende lagen in de vloeistof dicht bij het oppervlak - kwamen deze krachten veel minder vaak voor wanneer een sterk elektrisch veld over undecanol werd aangelegd, en iets minder vaak in tetradecaan.

Maar toen de vloeistoffen op 140 graden Celsius werden gekookt om de kleine hoeveelheden water in de oliën te verwijderen, de oscillerende krachten bleven zelfs bij hoge elektrische veldsterkten aanwezig.

"Ons werk suggereert dat naast veranderingen in de oriëntatie van moleculen, een ander mechanisme, die ontstaat door de aanwezigheid van sporen van water, moet worden overwogen wanneer elektrische velden worden toegepast, ", zegt O'Shea. "Dit is weer een stap dichter bij controleerbare smering en/of vloeistofstroom op oppervlakken."