L'utilizzo di campi elettrici per modificare le proprietà dei liquidi a contatto con una superficie può essere utilizzato in diverse applicazioni, come l'elettroforesi, dove una corrente elettrica può separare le molecole per dimensione. I ricercatori di A*STAR hanno ora sviluppato una tecnica per studiare l'effetto dei campi elettrici sulle proprietà dei lubrificanti a base di olio, che potrebbe portare a nuove applicazioni in nanofluidica e nanotribologia.

Quando un liquido è confinato tra superfici ravvicinate, può formare strati ordinati, portando a cambiamenti nella viscosità del liquido e nella struttura molecolare. Comprendere le proprietà meccaniche di questi strati ordinati è importante per lo sviluppo di dispositivi e lubrificanti nanotecnologici.

Ciò ha portato Sean O'Shea ed Eugene Soh dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering a sviluppare una tecnica per studiare se le proprietà meccaniche dei liquidi, come il flusso o l'adesione superficiale, può essere sintonizzato applicando campi elettrici esterni.

"Questo è il tipo di domande ingegneristiche da affrontare per sviluppare superfici "intelligenti" per applicazioni che richiedono un'adesione controllabile elettricamente, lubrificazione o flusso, " dice O'Shea. "Tuttavia, dobbiamo prima indagare sulla presenza di effetti significativi indotti elettricamente".

Gli studi finora hanno utilizzato principalmente acqua o liquidi ionici perché la loro natura polare significa che sono significativamente influenzati dai campi elettrici. Però, l'uso di liquidi ionici è costoso, così i ricercatori hanno utilizzato i lubrificanti più convenzionali undecanolo e tetradecano, che sono costituiti da idrocarburi a catena lunga che forniscono strati ordinati spessi.

Con un forte campo elettrico tra la punta di un microscopio a forza atomica (AFM) e un substrato di grafite immerso nei liquidi, i ricercatori sono stati in grado di produrre strati altamente ordinati di idrocarburi lungo la superficie della grafite. Una caratteristica di questi strati ordinati è che danno origine a forze oscillatorie che possono essere misurate dall'AFM.

Sebbene siano state osservate forze oscillatorie quando non è stato applicato alcun campo elettrico, indicando strati ordinati nel liquido vicino alla superficie, queste forze sono apparse molto meno frequentemente quando è stato applicato un forte campo elettrico attraverso undecanolo, e leggermente meno frequentemente nel tetradecano.

Ma quando i liquidi venivano bolliti a 140 gradi Celsius per rimuovere le piccole quantità di acqua presenti negli oli, le forze oscillatorie sono rimaste presenti anche ad elevate intensità di campo elettrico.

"Il nostro lavoro suggerisce che oltre ai cambiamenti nell'orientamento delle molecole, un altro meccanismo, che deriva dalla presenza di tracce di acqua, deve essere considerato quando vengono applicati campi elettrici, " dice O'Shea. "Questo rappresenta un altro passo avanti verso la lubrificazione controllabile e/o il flusso di liquido sulle superfici."