Nieuwe opslagtechnologie houdt nano-oppervlakken schoon

Ingenieurs van Rice University hebben containers gemaakt die kunnen voorkomen dat vluchtige organische stoffen (VOC’s) zich ophopen op de oppervlakken van opgeslagen nanomaterialen.

De draagbare en goedkope opslagtechnologie pakt een alomtegenwoordig probleem aan in laboratoria voor nanofabricage en materiaalkunde en wordt beschreven in een artikel dat op 11 juli is gepubliceerd in Nano-brieven.

“VOC’s zijn elke dag in de lucht die ons omringt”, zegt Daniel Preston, een assistent-professor bij Rice’s Department of Mechanical Engineering. “Ze kleven aan oppervlakken en vormen een coating, voornamelijk van koolstof. Je kunt deze lagen niet met het blote oog zien, maar ze vormen zich vaak binnen enkele minuten op vrijwel elk oppervlak dat aan lucht wordt blootgesteld.”

VOC’s zijn op koolstof gebaseerde moleculen die worden uitgestoten door veel gangbare producten, waaronder schoonmaakvloeistoffen, verf en kantoor- en knutselbenodigdheden. Ze hopen zich binnenshuis op in bijzonder hoge concentraties, en de dunne lagen koolstofsmurrie die ze op oppervlakken afzetten, kunnen industriële nanofabricageprocessen belemmeren, de nauwkeurigheid van microfluïdische testkits beperken en verwarring veroorzaken bij wetenschappers die fundamenteel onderzoek doen naar oppervlakken.

Om het probleem aan te pakken, heeft Ph.D. student en hoofdauteur Zhen Liu ontwikkelde samen met Preston en anderen uit zijn lab een nieuw type opbergdoos die voorwerpen schoon houdt. Experimenten toonden aan dat haar aanpak effectief oppervlakteverontreiniging gedurende ten minste zes weken kon voorkomen en zelfs VOC-afgezette lagen van eerder vervuilde oppervlakken kon verwijderen.

De technologie is gebaseerd op een ultraschone wand in de container. Het oppervlak van de binnenmuur is verfraaid met kleine oneffenheden en spleten variërend in grootte van enkele miljoensten tot enkele miljardsten van een meter. De microscopische en nanoscopische onvolkomenheden vergroten het oppervlak van de muur, waardoor meer van zijn metaalatomen beschikbaar komen voor VOC’s in de lucht die zich in de containers bevindt wanneer ze zijn afgesloten.

“Door de textuur kan de interne containerwand fungeren als een ‘opofferingsmateriaal’,” zei Liu. “VOC’s worden op het oppervlak van de containerwand getrokken, waardoor andere daarin opgeslagen objecten schoon kunnen blijven.”

Ze zei dat het idee om een ​​groot, vooraf gereinigd oppervlak te gebruiken om verontreinigende stoffen te verzamelen, 50 jaar geleden werd voorgesteld, maar grotendeels onopgemerkt bleef. Zij en haar collega’s verbeterden het idee met moderne methoden voor het reinigen en nanotexturen van oppervlakken. Ze toonden door middel van een reeks experimenten aan dat hun aanpak beter voorkwam dat VOC’s de oppervlakken van opgeslagen materialen bedekten dan andere benaderingen, waaronder afgesloten petrischalen en ultramoderne vacuümexsiccatoren.

De groep van Preston bouwde voort op zijn experimenten en ontwikkelde een theoretisch model dat nauwkeurig karakteriseerde wat er in de containers gebeurde. Preston zei dat het model hen in staat zal stellen hun ontwerpen te verfijnen en de systeemprestaties in de toekomst te optimaliseren.