Hoe de ene vloeistof in een andere te schorten: programmeerbare druppeltjes tonen potentieel voor koolstofafvang

Onderzoekers onder leiding van een team aan de Universiteit van Waterloo hebben een manier ontwikkeld om kleine druppeltjes van één vloeistof in een andere vloeistof te creëren zonder de twee samen te mengen.

Bekend als druppels sjablonen, maakt de techniek het maken van een nieuwe klasse van op nanodeeltjes gebaseerde zachte materialen met potentiële toepassingen bij koolstofafvang en afvalwaterbehandeling mogelijk. Het werk is gepubliceerd in het dagboek Materialen horizon.

Het proces omvat het samenstellen en jammen van nanodeeltjes op het oppervlak van een op waterige gebaseerde druppel, waardoor een sterke buitenste schaal wordt gevormd die elke druppel intact en verschillend houdt. Deze gecoate druppeltjes kunnen vervolgens worden gevuld met een breed scala aan nanodeeltjes en gedroogd om lichtgewicht, poreuze airgel -kralen te vormen.

“Met deze techniek kunnen onderzoekers hybride aerogels maken door elke druppel of kraal te vullen met specifieke nanomaterialen voor verschillende gerichte toepassingen,” zei Dr. Milad Kamkar, een professor in de afdeling Chemical Engineering van Waterloo.

“Onderzoekers kunnen nu niet alleen de samenstelling besturen, maar ook waar elke druppel in een vloeistof is gerangschikt, waardoor de druppels en de resulterende zachte materialen en aerogels programmeerbaar worden.”

Kamkar voegde eraan toe dat het druppel sjabloebeleidingsproces een aanzienlijke impact zou kunnen hebben op de behandeling van afvalwater. De airgel -kralen konden worden geladen met verschillende nanodeeltjes, elk gericht op specifieke verontreinigingen, en strategisch verpakt in een kolom om de behandeling te optimaliseren terwijl afvalwater erdoorheen stroomt.

In de strijd tegen klimaatverandering kunnen airgel-kralen worden doordrenkt met metaalorganische kaders en andere functionele materialen om koolstofdioxide uit de lucht te vangen. Potentiële toepassingen omvatten ook sensoren, elektronica en de ruimtevaartindustrie.

“Met deze techniek kunnen onderzoekers gelaagde, gradiënt- of gemengde aerogels maken, nieuwe mogelijkheden openen voor het ontwerpen van multifunctioneel materiaal,” zei Kamkar, die ook directeur is van het Multischale Materials Design Lab. “Wetenschappers kunnen nu de precieze locatie van componenten en nanomaterialen beheersen.”

Een andere potentiële use case voor druppels sjablonen is om te beschermen tegen elektromagnetische golven, die kunnen interfereren met gevoelige apparatuur. Airgel -kralen gevuld met magnetische en geleidende nanomaterialen kunnen strategisch worden geplaatst in gebouwen zoals ziekenhuizen om patiënten en apparatuur te beschermen tegen elektromagnetische interferentie.

“In de moderne wereld worden we constant omringd door elektromagnetische golven van elektronica zoals mobiele telefoons, laptops en Wi-Fi, die de prestaties van gevoelige apparatuur negatief kunnen beïnvloeden,” zei Kamkar.

“Deze golven kunnen ook ernstige gezondheidsproblemen veroorzaken, zoals kanker. Het verwijderen van deze onzichtbare vervuiling uit ons milieu is een grote uitdaging, en deze airgel -kralen kunnen het helpen aan te pakken.”