Ingenieurs van de Universiteit van Californië in San Diego hebben een superhydrofoob oppervlak ontwikkeld dat kan worden gebruikt om elektrische spanning op te wekken. Wanneer zout water over dit speciaal gevormde oppervlak stroomt, het kan minstens 50 millivolt produceren. Het proof-of-concept-werk zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe stroombronnen voor lab-on-a-chip-platforms en andere microfluïdische apparaten. Het zou op een dag kunnen worden uitgebreid tot methoden voor het oogsten van energie in waterontziltingsinstallaties, aldus onderzoekers.

Een team van onderzoekers onder leiding van Prab Bandaru, een professor in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering, en eerste auteur Bei Fan, een afgestudeerde student in Bandaru's onderzoeksgroep, publiceerden hun werk in het 3 oktober nummer van Natuurcommunicatie .

Het belangrijkste idee achter dit werk is om elektrische spanning te creëren door ionen over een geladen oppervlak te verplaatsen. En hoe sneller je deze ionen kunt verplaatsen, hoe meer spanning u kunt genereren, legde Bandaru uit.

Bandaru's team creëerde een oppervlak dat zo hydrofoob is dat het water (en alle ionen die het draagt) sneller kan stromen als het eroverheen gaat. Het oppervlak heeft ook een negatieve lading, dus een snelle stroom van positieve ionen in zout water ten opzichte van dit negatief geladen oppervlak resulteert in een elektrisch potentiaalverschil, het creëren van een elektrische spanning.

"De verminderde wrijving van dit oppervlak en de daaruit voortvloeiende elektrische interacties helpen om een ​​aanzienlijk verbeterde elektrische spanning te verkrijgen, ' zei Bandaru.

Het oppervlak is gemaakt door kleine ribbels in een siliconensubstraat te etsen en de ribbels vervolgens te vullen met olie (zoals synthetische motorolie die wordt gebruikt voor smering). Bij testen, verdund zout water werd met een spuitpomp over het oppervlak getransporteerd in een microfluïdisch kanaal, en vervolgens werd de spanning gemeten over de uiteinden van het kanaal.

Er zijn eerdere rapporten geweest over superhydrofobe, of zogenaamde "lotusblad"-oppervlakken die zijn ontworpen om de vloeistofstroom aan het oppervlak te versnellen. Echter, deze oppervlakken zijn tot dusver voorzien van een patroon met kleine luchtbellen - en aangezien lucht geen lading vasthoudt, het resultaat is een kleiner elektrisch potentiaalverschil en dus, een kleinere spanning. Door lucht te vervangen door een vloeistof zoals synthetische olie - die lading vasthoudt en niet vermengt met zout water - creëerden Bandaru en Fan een oppervlak dat minstens 50 procent meer elektrische spanning produceert dan eerdere ontwerpen. Volgens Bandaru, hogere spanningen kunnen ook worden verkregen door snellere vloeistofsnelheden en smallere en langere kanalen.

Vooruit gaan, het team werkt aan het creëren van kanalen met deze patroonoppervlakken die meer elektrisch vermogen kunnen produceren.