Экзотические формы для капель “жидкости-в-жидкости”
Масло и вода не смешиваются - это знает каждый химик и повар. Том Расселл (Tom Russell), полимеровед из Массачусетского университета, руководствуется этой истиной, меняя естественную сферическую форму капель жидкости на эллипсоиды, трубки - и даже волокнистые структуры, напоминающие стекловату. Вода, масло и поверхностно-активные вещества из наночастиц, в сочетании с внешним полем, позволили Расселлу стабилизировать капли воды в неравновесных формах. Они могут найти применение как средства доставки лекарств, биодатчики, микрожидкостные "лаборатории на чипе", или даже как основа жидкостных электрических батарей.
"Образование поверхностно-активных веществ из наночастиц на капле воды, взвешенной в масле - это простой способ производить и стабилизировать капли жидкостей, форма которых далека от равновесной сферической", - рассказывает Расселл.
Один их экспериментов прошел так: капля воды "зависла" в кремниевом масле, после чего к ней добавили карбоксилатные наночастицы. Они автоматически заняли свои места на границе масла и воды, образовав каплю в форму сферы, подобно мыльному пузырю. Приложив к капле электрическое поле, ученые пересилили равновесную энергию, стабилизировавшую сферическую форму, и превратили каплю в эллипсоид.
Поскольку площадь поверхности эллипсоида больше, чем у сферы одинакового с ним объема, на него могут приклеиться значительно больше наночастиц. Если убрать электрическое поле, капля пытается вернуться к прежней сферической форме - но увеличившееся количество наночастиц, "застрявших" на границе воды и масла, блокируют каплю в стабильной форме эллипсоида.
"Представьте себе песчинки, застрявшие в горлышке песочных часов. Если и дальше создавать такие деформации и "пробки", можно получить великое множество форм, далеких от равновесной", - рассказывает Расселл.
Эксперимент Расселла и его коллег с тем же успехом можно провести с каплей масла, взвешенной в воде. Кроме того, деформации можно дополнить помешиванием и взбалтыванием жидкости, а также увеличением объема и добавлением других жидкостей.
"Когда вы контролируете форму жидкости в другой жидкости, можно начинать думать о микрожидкостных лабораториях, или реактивных жидкостных системах упаковки, доставки и хранения. Или вообразите себе аккумуляторы, где ионы текут сквозь водяные трубки. Наконец, можно будет создать капли с высокой стойкостью к ударным нагрузкам - как раз потому, что они представляют собой жидкость-в-жидкости", - заключает Расселл.
Исследование представлено в журнале Science.
По материалам пресс-релиза Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Артём Космарский nauka21vek.ru