Scherpe observatie door doctoraalstudent Mengmeng Cui in het polymeerwetenschappelijk en technisch laboratorium van Thomas Russell aan de Universiteit van Massachusetts Amherst heeft haar onlangs doen ontdekken hoe ze de ene vloeistof kinetisch in de andere kan vangen en beheersen, vergrendelen en scheiden in een stabiel systeem gedurende lange perioden, met de mogelijkheid om de vormen en stroomkenmerken van elk aan te passen en te manipuleren.

Russel, haar adviseur, wijst erop dat het voorschot veelbelovend is voor een breed scala aan verschillende toepassingen, waaronder de levering van geneesmiddelen, biodetectie, vloeistoffen, fotovoltaïsche, inkapseling en bicontinue media voor energietoepassingen en scheidingsmedia.

Hij zegt, "Het is heel, heel netjes. We hebben het systeem voor de gek gehouden om absoluut vast te blijven, zo lang als we willen vastzitten in een bepaalde staat. Nu kunnen we een materiaal nemen en het heel lang in een druppel in een ongewone vorm inkapselen. Elk systeem waar ik co-continue materialen kan hebben en ik dingen onafhankelijk kan doen in zowel olie als water, is interessant en potentieel waardevol."

Cui, met Russell en zijn collega, synthetisch chemicus Todd Emrick, rapporteren hun bevindingen in het huidige nummer van Wetenschap .

Russell's lab is al lang geïnteresseerd in storingsverschijnselen en kinetisch opgesloten materialen, hij zegt. Toen Cui iets ongewoons opmerkte in routine-experimenten, in plaats van het te negeren en opnieuw te beginnen, besloot ze het verder te onderzoeken. "Deze ontdekking is echt een eerbetoon aan Cui's observatievermogen, "Russell merkt op, "dat ze inzag dat dit van belang zou kunnen zijn."

specifiek, de polymeerwetenschappers pasten een elektrisch veld toe op een systeem met twee vloeistoffen om de zwakke kracht te overwinnen die nanodeeltjesassemblages op grensvlakken stabiliseert. Onder invloed van het externe veld, een bolvormige druppel verandert van vorm in een ellipsoïde met een groter oppervlak, dus het heeft veel meer nanodeeltjes aan het oppervlak.

Wanneer het externe veld wordt losgelaten, het hogere aantal oppervlakte-nanodeeltjes blokkeert het vloeistofsysteem, het stoppen van de beweging van nanodeeltjes zoals een vrijdagmiddagstilstand op een afrit of zandkorrels die vastzitten in een zandloper, Russel legt uit. In zijn vastgelopen staat, de met nanodeeltjes bedekte druppel behoudt zijn ellipsoïde vorm en draagt ​​nog steeds veel meer nanodeeltjes op het oppervlak, ongeordend en vloeibaar, dan het zou kunnen zijn als een eenvoudige bolvormige druppel. Deze nieuwe vorm kan permanent worden vastgelegd. Cui, Russell en Emrick bereikten de storing ook met een mechanische methode, roeren.

Door deze vastgelopen oppervlakteactieve nanodeeltjes op grensvlakken te genereren, vloeistofdruppels van willekeurige vorm en grootte kunnen worden gestabiliseerd voor openingstoepassingen in fluïdica, inkapseling en bicontinue media voor energietoepassingen. Verdere stabilisatie wordt gerealiseerd door monofunctionele liganden te vervangen door difunctionele die de assemblages verknopen, merken de auteurs op. Het vermogen om vloeistoffen met een voorgeschreven vorm te genereren en te stabiliseren, biedt kansen voor reactieve vloeistofsystemen, verpakking, levering en opslag.