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麻省理工学院工程师使用可见光控制和分离流体

麻省理工学院的工程师开发了一种新系统,利用光来控制水在水面上的移动方式这一进步可能为微流体诊断设备等技术打开了大门,微流体诊断设备的通道和阀门可以在运行中重新编程,或者可以分离水的现场系统来自钻井平台的石油新系统发表在Nature Communications杂志上,由麻省理工学院机械工程副教授Kripa Varanasi,工程学院教授创新教授Gareth McKinley,前博士后Gibum Kwon,研究生Divya Panchanathan开发。研究科学家Seyed Mahmoudi和沙特阿拉伯法赫德国王石油矿产大学的Mohammed Gondal该项目的最初目标是找到从水中分离油的方法,例如,处理泡沫水和原油的泡沫混合物由某些油井生产的这些混合物混合得越彻底 - 液滴越细 - 它们越难分离有时使用静电方法,但这些是能量密集型的,当水是高盐水时不起作用,通常情况下,工程师探索使用“光响应”表面,通过暴露在光线下可以改变对水的反应通过产生与水相互作用的表面 - 一种称为润湿性的特性 - 可以通过光激活,研究小组发现它们可以通过使单个水滴聚结而直接将油与水分离。并且在水面上蔓延水滴融合在一起越多,它们与油分离得越多该方法也可用于驱动水滴穿过表面,正如团队在一系列实验中所证明的那样通过选择性地改变材料的润湿性使用一个移动的光束,一个液滴可以指向更易润湿的区域,以任何所需的方向推进它,具有很高的精度光响应材料已被广泛研究和使用;一个例子是大多数防晒剂中的活性成分,二氧化钛,也称为二氧化钛。但这些材料中的大多数,包括二氧化钛,主要对紫外线有反应,对可见光几乎没有反应。然而,只有约5%的阳光在紫外线范围内因此,工程师想出了一种处理二氧化钛表面以使其对可见光有响应的方法。他们首先使用逐层沉积技术在玻璃层上构建聚合物结合的二氧化钛颗粒膜然后这样做。他们用简单的有机染料对材料进行浸涂。结果表面对可见光的响应性很强,当暴露在太阳光下时,润湿性发生变化,远远大于二氧化钛本身。当被太阳光激活时,材料事实证明,在“破乳”油水混合物方面非常有效 - 让水和油相互分离“我们受到了光伏技术的启发,其中染料是纳米化用于提高太阳辐射的吸收效率,“Varansi说道”染料与二氧化钛颗粒的耦合允许在光照射下产生电荷载体这会在表面和液体之间产生电势差。在照明下,并导致润湿性能的变化“”盐水在光照下在我们的表面上扩散,但油不会,“Kwon说,他现在是堪萨斯大学的助理教授”我们发现了在可见光下,所有的海水将扩散到地表并与原油分离“同样的效果也可用于驱动水面穿过水面,正如团队在一系列实验中所证明的那样,通过选择性地改变材料使用移动光束的润湿性,液滴可以指向更易润湿的区域,以任意方向推进它这样的系统可以被设计成制造没有内置边界或结构的微流体装置液体的运动 - 例如在芯片诊断实验室中的血液样本 - 将完全由投射到其上的照明模式控制。它通过创造与水相互作用的表面 - 一种称为润湿性的特性 - 可以被光激活,研究人员发现它们可以直接将油与水分离 该过程导致单个水滴聚结并在表面上扩散“通过系统地研究染料的能级与接触液体的润湿性之间的关系,我们提出了这些光导设计的框架。液体操纵系统,“瓦拉纳西说”通过选择合适的染料,我们可以创造液滴动力学的显着变化它是光诱导的运动 - 液滴的非接触运动“这些表面的可切换润湿性还有另一个好处:它们可以是很大程度上自我清洁当表面从吸水(亲水)转换为防水(疏水)时,表面上的任何水都会被驱除,随之携带任何可能积聚的污染物因为光响应效果是基于染料涂层,它可以通过从数以千计的有机染料中进行选择进行高度调整。该工艺涉及的所有材料都是广泛的研究人员表示,这种研究得到法赫德国王石油矿产大学的支持,通过麻省理工学院的清洁水和清洁能源中心和KFUPM出版物:Gibum Kwon ,等,“可见光导向操纵光响应性表面上的液体润湿性”,Nature Communications 8,文章编号:14968(2017)doi:101038 / ncomms14968来源:David L Chandler,

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