Het vermogen om druppels te manipuleren speelt een cruciale rol in fundamenteel onderzoek en praktische toepassingen van chemische reacties tot bio-analyse. Lichtregeling van druppels maakt afstandsbediening en contactloze bediening mogelijk met opmerkelijke ruimtelijke en temporele nauwkeurigheid. Een krachtige en betrouwbare lichtregeling van druppeltjes is echter nog steeds een uitdaging.

Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Du Xuemin van het Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuw slim materiaal gerapporteerd met een zeer efficiënt en duurzaam foto-geïnduceerde ladingsregeneratievermogen, waardoor lichtregeling van druppels met superieure prestaties en betrouwbaarheid.

Dit werk is gepubliceerd in National Science Review op 17 augustus.

Dit slimme materiaal bevat drie kerncomponenten:ten eerste vloeibare metaaldeeltjes van microformaat met superieure fotothermische en thermisch geleidende eigenschappen; ten tweede polyvinylideenfluoridetrifluorethyleencopolymeer met uitstekend ferro-elektrisch en mechanisch gedrag; ten derde, micropiramidale structuren en laag-energetische coatings van gefluoreerd SiO₂ nanodeeltjes voor het verbeteren van de superamfifobiciteit.

"Op basis van het synergetische effect van deze componenten, bezitten de foto-geïnduceerde geladen oppervlakken (PICS) een superieur vermogen van real-time en in-situ foto-geïnduceerde ladingsgeneratie bij blootstelling aan licht," zei Dr. Du.

Dit onderscheidende vermogen voor het genereren van ladingen van de PICS werd duidelijk onthuld door het scannen van Kelvin-sondemicroscopie, die de real-time en in-situ generatie / verdwijning van de vrije oppervlakteladingen liet zien bij blootstelling aan AAN / UIT-lichtbestraling.

Het vermogen om lading te genereren van de PICS vertoonde geen duidelijke degradatie, zelfs niet in extreme omgevingen, waaronder een hoge relatieve vochtigheid (~ 90%) gedurende 72 uur en hoge temperaturen (70 ℃). De ladingsdichtheid van de PICS bleef stabiel op een hoog niveau van 252 pC mm ^-2 (piek tot piek) zelfs na 10.000 AAN/UIT bestralingscycli.

"De uitstekende efficiëntie, duurzaamheid en stabiliteit van de foto-geïnduceerde ladingsregeneratie in PICS is van cruciaal belang voor de lichtbeheersing van druppels," zei Dr. Du.

De onderzoekers toonden aan dat de PICS een nieuw paradigma bood voor controleerbare druppelbeweging, inclusief hoge gemiddelde snelheid, onbeperkte afstand, multimode-bewegingen (bijv. Vooruit, achteruit en rotatie) en manipulatie van één tot meerdere druppels.

Ze breidden ook de lichtregeling van druppels uit naar robot- en bio-toepassingen, waaronder het transporteren van een vaste lading in een gesloten buis, het oversteken van een kleine tunnel, het vermijden van obstakels, het waarnemen van de veranderende omgeving via kleurverschuiving met het blote oog, het voorbereiden van hydrogelparels, het transporteren van levende cellen en betrouwbare biosensing.

"Onze robuuste en biocompatibele PICS bieden niet alleen inzicht in de ontwikkeling van nieuwe slimme interfacematerialen en microfluïdica," zei Dr. Du, "maar brengt ook nieuwe mogelijkheden voor chemische en biomedische toepassingen." + Verder verkennen

On-chip fotodetectie:tweedimensionale materiaal heterojuncties