«Ενεργές» επιφάνειες ελέγχουν τις ουσίες που βρίσκονται πάνω τους

Μία μέθοδο δημιουργίας επιφανειών οι οποίες μπορούν να ελέγξουν ενεργά τον τρόπο που κινούνται τα υγρά ή σωματίδια τα οποία βρίσκονται πάνω τους ανέπτυξαν ερευνητές από το ΜΙΤ και τη Σαουδική Αραβία. Η δουλειά τους ενδεχομένως να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων ειδών συσκευών βιοϊατρικής ή μικρορευστονικής, ή ηλιακών συλλεκτών που θα μπορούν να καθαρίζονται μόνοι τους από σκόνη και βρωμιά.

«Οι περισσότερες επιφάνειες είναι παθητικές» αναφέρει ο Κρίπα Βαρανάσι, επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας-μηχανικής στο ΜΙΤ και συντάκτης του paper που περιγράφει τη συγκεκριμένη τεχνική (δημοσιεύθηκε στο Applied Physics Letters). «Βασίζονται στη βαρύτητα ή σε άλλες δυνάμεις για την κίνηση υγρών ή σωματιδίων».

MIT

Η ομάδα του Βαρανάσι χρησιμοποίησε εξωτερικά πεδία (όπως τα μαγνητικά πεδία) για να καταστήσει τις επιφάνειες «ενεργές», ασκώντας ακριβή έλεγχο πάνω στη συμπεριφορά των σωματιδίων και σταγόνων που κινούνταν πάνω τους. Το όλο σύστημα περιλαμβάνει τη χρήση μιας microtextured («μικρο-υφασμένης») επιφάνειας, με εξογκώματα και κορυφογραμμές λίγων μικρομέτρων, η οποία στη συνέχεια εμποτίζεται με ένα υγρό το οποίο μπορεί να ελεγχθεί με κάποιον τρόπο- όπως για παράδειγμα ένα έλαιο το οποίο περιέχει μικροσκοπικά μαγνητικά σωματίδια, που μπορούν να ελεγχθούν μέσω μαγνητικού πεδίου. Όταν σταγόνες νερού ή μικροσκοπικά σωματίδια πέφτουν πάνω στην επιφάνεια, τότε καλύπτονται από το εν λόγω υγρό, που δημιουργεί πάνω τους έναν μαγνητικό «μανδύα». Στη συνέχεια, αυτός ο «μανδύας» τραβάει μαζί του τα σωματίδια/ σταγόνες λόγω της μαγνητικής έλξης. Τα μικροσκοπικά μαγνητικά σωματίδια (διαμέτρου περίπου 10 νανομέτρων) επιτρέπουν ακριβή έλεγχο όταν χρειάζεται κάτι τέτοιο, όπως στην περίπτωση μίας μικρορευστονικής συσκευής που χρησιμοποιείται για χημικές ή βιολογικές δοκιμές.

Σε άλλα αντίστοιχα συστήματα που έχουν αναπτυχθεί απαιτείται το μετακινούμενο υλικό να είναι από μόνο του μαγνητικό και να υπάρχει ισχυρή παρουσία μαγνητικών πεδίων. Το νέο σύστημα, το οποίο «παράγει» μια εξαιρετικά ολισθηρή επιφάνεια που επιτρέπει την κίνηση υγρών και σωματιδίων σχεδόν χωρίς τριβή, απαιτεί πολύ λιγότερη ισχύ για την κίνηση αυτών των υλικών. «Αυτό μας επιτρέπει να επιτύχουμε υψηλές ταχύτητες με την εφαρμογή μικρών δυνάμεων» αναφέρει ο Καρίμ  Χαλίλ, τελειόφοιτος του ΜΙΤ και επικεφαλής συντάκτης του paper. O ίδιος υπογραμμίζει τη χρησιμότητα της συγκεκριμένης μεθόδου σε ηλιακούς συλλέκτες, ειδικά σε ερήμους όπου η σκόνη δημιουργεί σημαντικά προβλήματα: η τεχνική αυτή καθιστά τον καθαρισμό αυτόματο και χωρίς να απαιτείται νερό.

«Σε ένα περιβάλλον ερήμου, η σκόνη είναι παρούσα σε ημερήσια βάση» αναφέρει ο Νουμάν Αμπού- Ντέιρ, του King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM) στη Σαουδική Αραβία. «Το θέμα της σκόνης βασικά καθιστά τη χρήση ηλιακών πάνελ λιγότερο αποδοτική από ό,τι στη Βόρεια Αμερική ή την Ευρώπη. Χρειαζόμαστε έναν τρόπο να μειώσουμε τη συσσώρευση σκόνης».