L'applicazione di una bassa tensione a una superficie di rame nanostrutturato ne modifica lo stato di ossidazione, e quindi la sua capacità di attrarre e respingere i liquidi. Credito:Università della Columbia Britannica
Per molti anni, gli ingegneri hanno cercato di creare un tipo speciale di superficie:una che possa sia respingere che assorbire i liquidi, e la cui capacità di farlo - il suo "comportamento di bagnatura" - può essere controllata rapidamente e con precisione. La tecnologia avrebbe una vasta gamma di potenziali applicazioni, dalla filtrazione dell'acqua e dai dispositivi biomedici alle lenti ottiche liquide e ai sistemi lab-on-a-chip.
Una tale "superficie intelligente" è stata ora sviluppata dai ricercatori dell'Università della British Columbia. Economico, scalabile e alimentato solo da una batteria elettrica convenzionale, la superficie a base di rame cambia da molto idrorepellente (superidrofoba) a molto idroassorbente (superidrofila) quando viene applicato il potenziale elettrico.
"Quando si applicano piccole tensioni alla superficie, le gocce d'acqua che inizialmente scivolano via si attaccano sempre più strettamente, "dice Ben Zahiri, l'autore principale dello studio. "Cambiando la grandezza della tensione e per quanto tempo viene applicata, possiamo facilmente controllare l'angolo che ogni goccia forma con la superficie e la velocità con cui ciò accade".
Quando il potenziale elettrico viene rimosso, la goccia mantiene la sua forma e rimane bloccata in posizione.
Altri gruppi hanno modificato il comportamento di bagnatura delle superfici di rame usando stimoli come il calore, Radiazioni UV e raggi X. Ma per raggiungere questo obiettivo, le temperature richieste sono elevate, fino a 300 gradi Celsius, e i tempi di esposizione richiesti sono lunghi, da decine di minuti a giorni. Ciò li rende poco pratici per una serie di scopi di consumo e industriali.
In contrasto, lo stimolo elettrico utilizzato dal team UBC modifica il comportamento di bagnatura rapidamente (da pochi secondi a pochi minuti) e reversibilmente, ai voltaggi presenti nelle batterie di tutti i giorni (inferiori a 1,5 V). Lo fa modificando lo stato di ossidazione della superficie del rame, che contiene una miscela di CuO idrofilo e Cu . idrofobo 2 O:poiché il rame perde elettroni, diventa meno attratto dall'acqua.
La capacità di controllare la bagnabilità della superficie potrebbe essere utile ovunque goccioline, o particelle solide assorbite da goccioline, bisogno di essere manipolato, compresi dispositivi microfluidici e sistemi di movimentazione di materiali pericolosi. Offre inoltre capacità di autopulizia avanzate consentendo il roll-off controllato dei fluidi.
La superficie intelligente sviluppata da UBC offre proprietà di bagnatura della superficie rapide e reversibili, da superidrofobica (idrorepellente) a superidrofila (attraente per l'acqua) utilizzando una piccola tensione che potrebbe essere fornita da batterie convenzionali. Credito:Università della Columbia Britannica
Sebbene il team di UBC abbia scelto di indagare sul rame perché è economico, abbondanti e uno dei metalli più comunemente usati al mondo, Zahiri crede che la manipolazione elettrochimica di altri metalli, gli ossidi metallici e gli ossidi misti possono produrre risultati altrettanto promettenti. Per quanto riguarda il liquido, qualsiasi fluido conduttivo, come il sangue, potrebbe essere usato.
"Questi risultati potrebbero aprire una nuova area di esplorazione per le superfici intelligenti, " afferma Walter Mérida, professore di ingegneria meccanica dell'UBC, che ha supervisionato i lavori.
Questo studio è stato recentemente pubblicato su Interfacce materiali avanzati .
