Voor vele jaren, ingenieurs hebben geprobeerd een speciaal soort oppervlak te creëren:een die zowel vloeistoffen kan afstoten als absorberen, en wiens vermogen om dit te doen - zijn "bevochtigingsgedrag" - snel en nauwkeurig kan worden gecontroleerd. De technologie zou een breed scala aan potentiële toepassingen hebben, van waterfiltratie en biomedische apparaten tot vloeibare optische lenzen en lab-on-a-chip-systemen.

Zo'n 'slim oppervlak' is inmiddels ontwikkeld door onderzoekers van de University of British Columbia. Goedkoop, schaalbaar en gevoed door slechts een conventionele elektrische batterij, het op koper gebaseerde oppervlak verandert van zeer waterafstotend (superhydrofoob) naar zeer waterabsorberend (superhydrofiel) als elektrische potentiaal wordt toegepast.

"Wanneer kleine spanningen op het oppervlak worden toegepast, waterdruppels die aanvankelijk afrollen, blijven er steeds strakker aan kleven, " zegt Ben Zahiri, de co-hoofdauteur van de studie. "Door de grootte van de spanning te veranderen en hoe lang deze wordt toegepast, we kunnen gemakkelijk de hoek bepalen die elke druppel vormt met het oppervlak en hoe snel dit gebeurt."

Wanneer de elektrische potentiaal wordt verwijderd, de druppel behoudt zijn vorm en blijft op zijn plaats vastgepind.

Andere groepen hebben het bevochtigingsgedrag van koperen oppervlakken gewijzigd met behulp van prikkels zoals warmte, UV-straling en röntgenstraling. Maar om dit te bereiken, de vereiste temperaturen zijn hoog - tot 300 graden Celsius - en de vereiste belichtingstijden zijn lang - van tientallen minuten tot dagen. Dit maakt ze onpraktisch voor een aantal consumenten- en industriële doeleinden.

In tegenstelling tot, de elektrische stimulus die door het UBC-team wordt gebruikt, verandert het bevochtigingsgedrag snel (van enkele seconden tot enkele minuten) en omkeerbaar, bij spanningen die in gewone batterijen worden aangetroffen (minder dan 1,5 V). Het doet dit door de oxidatietoestand van het koperoppervlak te veranderen, die een mengsel van hydrofiel CuO en hydrofoob Cu . bevat ₂ O:als koper elektronen verliest, het wordt minder aangetrokken door water.

De mogelijkheid om de bevochtiging van het oppervlak te regelen kan nuttig zijn overal waar druppeltjes, of vaste deeltjes geabsorbeerd door druppeltjes, moeten worden gemanipuleerd, inclusief microfluïdische apparaten en systemen voor het hanteren van gevaarlijke stoffen. Het biedt ook geavanceerde zelfreinigende mogelijkheden door gecontroleerde afvoer van vloeistoffen mogelijk te maken.

Hoewel het UBC-team ervoor koos om koper te onderzoeken omdat het goedkoop is, overvloedig en een van de meest gebruikte metalen ter wereld, Zahiri gelooft dat de elektrochemische manipulatie van andere metalen, metaaloxiden en gemengde oxiden kunnen vergelijkbare veelbelovende resultaten opleveren. Wat de vloeistof betreft, elke geleidende vloeistof, zoals bloed, kan gebruikt worden.

"Deze bevindingen kunnen een nieuw onderzoeksgebied openen voor slimme oppervlakken, " zegt UBC-hoogleraar werktuigbouwkunde Walter Mérida, die het werk begeleidde.

Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materiaalinterfaces .