Olie en water gaan niet samen, maar een KAUST-team heeft de verschillende raakvlakken tussen deze stoffen uitgebuit om de plasmageneratie in vloeistoffen efficiënter te maken. Deze benadering is veelbelovend voor de synthese van nanomaterialen met een hoog rendement uit vloeibare reagentia of voor de gecontroleerde eliminatie van watergedragen parasieten.

Bekende versies van plasma's in neonreclames en tv-schermen gebruiken stabiele, geladen deeltjes in gasvormige toestand. Maar wanneer geproduceerd in water door uitbarstingen van nanoseconden, positieve ionen in het plasma koelen aanzienlijk af in vergelijking met energetische hete elektronen. De resulterende niet-thermische ontladingen zijn in staat om energie over te dragen van of naar omringende moleculen, waardoor ze potentiële beïnvloeders van chemische reacties zijn.

Ahmed Hamdan, een postdoctoraal onderzoeker bij Min Suk Cha, werkt aan het vergroten van de impact van in-liquid plasma's door de typische vereisten voor doorslagspanning te verlagen. aanvankelijk, hij en zijn collega's injecteerden kleine gasbelletjes in vloeistoffen om het gebruikelijke elektrische veld te verstoren en gebieden met versterkte intensiteit te creëren om ladingen uit elkaar te scheuren. Helaas, deze strategie had de neiging om de hete elektronen in de bellen te vangen, ze te isoleren van potentiële chemische doelwitten.

Deze onderzoeken, echter, onthulde dat veranderingen in diëlektrische permittiviteit, een parameter die van invloed is op hoe elektrische velden zich in materialen voortplanten, speelde een sleutelrol in op bellen gebaseerde veldverbetering. Hamdan realiseerde zich dat dit fenomeen kon worden gereproduceerd door een elektrode in twee vloeistoffen te dompelen met verschillende reacties op elektrische velden - een laag laag-diëlektrische heptaanolie op water, bijvoorbeeld.

Door de positie van de elektrode binnen de olie-waterinterface te optimaliseren, Hamdan ontdekte dat hij plasma's in de vloeistoffen kon genereren met 100% waarschijnlijkheid bij lagere dan normale spanningen. Bovendien, het plasma plant zich voort langs het grensvlak met een vijfvoudige verhoging van het ontladingsvolume.

"Dit is interessant omdat het plasma in staat is beide vloeistoffen te ontbinden zonder de elektrode te eroderen, " merkt Hamdan op. "Dit geeft ons de flexibiliteit om te proberen een breed scala aan stoffen om te zetten in nieuwe nanomaterialen."

Als demonstratie, het team verving de heptaanlaag door een hexamethyldisilazaanolie die silicium bevat, stikstof- en koolwaterstofatomen. Het toepassen van de nanoseconde elektrische ontladingen op dit olie-water grensvlak produceerde organosilicium nanodeeltjes met hoge snelheden - enkele milligrammen per minuut - veilig opgesloten in het vloeibare medium. Verdere nabewerking leverde soorten op die stabiel genoeg waren voor micro-elektronische apparaten op hoge temperatuur.

Belangrijk voor dit werk was de transmissie-elektronenmicroscopie geleverd door Dalaver Anjum in het Imaging and Characterization Core Lab van KAUST, die cruciaal bleek voor het vaststellen van relaties tussen silica-nanodeeltjes van verschillende groottes en hun diëlektrische eigenschappen. Verder, een speciaal elektronenprisma op de microscoop zorgde voor een element-voor-element afbraak van individuele nanodeeltjessamenstellingen.

De toepassingen van dit werk zijn breed. "We hebben slechts een deel van de potentieel haalbare toepassingen gedemonstreerd, " zegt Cha. "Dit nieuwe idee kan worden uitgebreid tot waterzuivering, biomedische toepassingen, en opwaardering van vloeibare brandstoffen van lage kwaliteit; we blijven werken aan het tastbaar maken van deze toepassingen.