(PhysOrg.com) -- Bevochtigbaarheid - de mate waarin een vloeistof zich over een oppervlak verspreidt of zich in druppels vormt - is cruciaal voor een breed scala aan processen. Het beinvloedt, bijvoorbeeld, hoe gemakkelijk de voorruit van een auto beslaat, en beïnvloedt ook de werking van geavanceerde batterijen en brandstofcelsystemen.

Tot nu, de enige manier om dit belangrijke kenmerk van het oppervlak van een materiaal te kwantificeren, was door de vormen te meten van de druppeltjes die zich erop vormen, en deze methode heeft een zeer beperkte resolutie. Maar een team van MIT-onderzoekers heeft een manier gevonden om beelden te verkrijgen die de resolutie van dergelijke metingen met een factor 10 verbeteren, 000 of meer, waardoor ongekende precisie mogelijk is bij het bepalen van de details van de interacties tussen vloeistoffen en vaste oppervlakken. In aanvulling, de nieuwe methode kan worden gebruikt om gebogen, gestructureerde of complexe vaste oppervlakken, iets dat voorheen niet kon.

“Dit is iets wat voorheen ondenkbaar was, ” zegt Francesco Stellacci, de Paul M. Cook Career Development Associate Professor of Materials Science and Engineering aan het MIT, leider van het team dat de nieuwe methode heeft ontwikkeld. “Het stelt ons in staat om een ​​kaart te maken van de bevochtiging, " dat is, een gedetailleerd beeld van hoe de vloeistof precies interageert met het oppervlak tot op het niveau van individuele moleculen of atomen, in tegenstelling tot alleen de gemiddelde interactie van de hele druppel.

De nieuwe methode wordt beschreven in een artikel dat op 25 april in het tijdschrift verschijnt Natuur Nanotechnologie . De hoofdauteur is postdoctoraal fellow Kislon Voďtchovsky, en het papier is co-auteur van Stellacci en anderen aan het MIT, in Engeland, en in Italië. Stellacci legt uit dat het vermogen om zulke gedetailleerde beelden te krijgen belangrijk is voor de studie van processen als katalyse, corrosie en de interne werking van batterijen en brandstofcellen, en veel biologische processen zoals interacties tussen eiwitten.

Bijvoorbeeld, Voďtchovsky zegt, bij biologisch onderzoek, “misschien heb je een zeer inhomogeen monster, met allerlei reacties die overal plaatsvinden. Nu kunnen we bepaalde specifieke gebieden identificeren die een reactie uitlokken.”

De methode, ontwikkeld met steun van de Swiss National Science Foundation en de Packard Foundation, werkt door de programmering te veranderen die een Atomic Force Microscope (AFM) bestuurt. Dit apparaat maakt gebruik van een scherpe punt gemonteerd op een trillende cantilever, die het oppervlak van een monster scant en reageert op de topologie en de eigenschappen van het monster om zeer gedetailleerde beelden te leveren. Stellacci en zijn team hebben een belangrijke beeldparameter gevarieerd:ze zorgen ervoor dat het punt slechts enkele nanometers trilt (in tegenstelling tot tientallen tot honderden nanometers, wat typisch is).

"Door het zo te doen, je verbetert daadwerkelijk de resolutie van de AFM, ’, legt Stellacci uit. De resulterende resolutie, fijn genoeg om de posities van individuele atomen of moleculen in kaart te brengen, is “voordien ongeëvenaard met commerciële instrumenten, " hij zegt. Een dergelijke afwikkeling was eerder haalbaar met zeer dure gespecialiseerde AFM's, waarvan er maar een paar in de wereld bestaan, maar kan nu worden geëvenaard door de veel gebruikelijkere commerciële modellen, waarvan er duizenden zijn. Stellacci en zijn collega's denken dat de verbeterde resolutie het gevolg is van de manier waarop de trillende punt ervoor zorgt dat het water herhaaldelijk tegen het oppervlak duwt en zijn energie daar dissipeert, maar deze verklaring moet nog worden getest en bevestigd door andere onderzoekers.

Met hun demonstratie van zowel een 10, 000-voudige verbetering in resolutie voor de specifieke functie van het meten van de bevochtiging van oppervlakken en een 20-voudige verbetering in algemene resolutie van de goedkopere AFM, Stellacci zegt dat het niet duidelijk is welke van deze toepassingen uiteindelijk meer impact zullen hebben.

Arvind Raman, een professor en universitaire faculteitswetenschapper in werktuigbouwkunde aan de Purdue University, is het ermee eens dat deze vorderingen een aanzienlijk potentieel hebben. De methode gedemonstreerd door dit team, waar Raman niet bij betrokken was, "kan routinematig atomaire resolutie bereiken op harde oppervlakken, zelfs met commerciële AFM-systemen, en het geeft een groot fysiek inzicht in de optimale omstandigheden waaronder dit kan worden bereikt, beide zijn zeer belangrijke prestaties, " hij zegt. "Ik denk echt dat velen in het AFM-veld hierop zullen springen en de techniek proberen te gebruiken."

Raman voegt eraan toe dat hoewel de interpretatie van het team over de reden waarom de methode werkt zoals deze "één mogelijk mechanisme achter de beeldvorming biedt, er zijn ook andere plausibele mechanismen die in de toekomst moeten worden bestudeerd om de bevinding te bevestigen."