2017年4月26日
由麻省理工学院的工程师开发的一种新系统，可以只用光来控制水在表面上的移动方式。信贷:何塞•路易斯•集中政策/麻省理工学院。
工程师的麻省理工学院他们发明了一种创新的系统，只用光来控制水在表面上的移动方式。据研究人员称，这一发现可能对技术的进步具有重大意义，如钻井平台上能够分离水和油的现场系统，或微流体诊断设备(其阀门和通道可以在运行中重新编程)。
该系统由麻省理工学院机械工程副教授Kripa Varanasi，工程学院教学创新教授Gareth McKinley，前博士后Gibum Kwon，研究生Divya Panchanathan，前研究科学家Seyed Mahmoudi，以及沙特阿拉伯法赫德国王石油与矿产大学的穆罕默德·贡达尔。系统的详细描述已在自然通讯日报》。
这项研究的第一个目标是寻找将油与水分离的技术，例如，处理从特定油井中产生的原油和盐水的泡沫混合物。如果这些混合物是完全结合在一起的，液滴就非常细小，因此组成物质就很难分离。有时用静电技术来分离组成物质。然而，这些技术是能源密集型的，如果水的盐度非常高，就不适用，而这种情况更常见。另外，研究人员还研究了“光响应”表面的应用，这些表面对水的反应可以通过暴露在光下进行修饰。
研究人员开发出了一种表面，这种表面对水的反应或润湿性可以被光改变，并发现它们有能力通过使单个水滴聚合并在表面扩散，直接将油与水分离。水滴相互融合的程度决定了它们与石油分离的程度。
光响应性材料已经得到了广泛的研究和应用。欧洲杯足球竞彩其中一种材料就是二氧化钛，它是许多防晒霜的活性成分。然而，包括二氧化钛在内的光响应材料对可见光的响应不如对紫外欧洲杯足球竞彩光的响应好。由于只有5%的阳光在紫外线范围内，研究小组研究出了一种处理二氧化钛表面的技术，使其能够对可见光做出反应。
为了实现这一目标，他们最初采用了一种逐层沉积的方法，在玻璃层上构建聚合物结合二氧化钛颗粒的薄膜。欧洲杯猜球平台随后，用一种简单的有机染料浸渍这种材料。由此产生的表面对可见光非常敏感，导致暴露在阳光下的润湿性发生变化，变化的润湿性比钛本身的润湿性要高得多。经阳光活化后，发现该材料具有高效的“破乳”油水混合物，即将水与油分离。
我们的灵感来自于光伏领域的工作，其中染料敏化被用来提高太阳辐射的吸收效率。染料与二氧化钛粒子的耦合允许在光照下产生载流子。欧洲杯猜球平台这就造成了表面和液体之间的电位差，并导致润湿性的变化。
麻省理工学院机械工程副教授Kripa Varanasi
”在光照下，盐水会在我们的表面扩散，但油不会目前在美国堪萨斯大学担任助理教授的权某表示:“这是一种非常有意义的想法。”我们发现，在可见光下，几乎所有的海水都会扩散到海面，与原油分离”。
在一系列的实验中，研究人员表明，类似的效果也可以用于推动水滴穿过表面。当通过移动光束选择性地改变材料的润湿性时，可以使液滴向更可湿的区域移动，从而精确地将液滴朝任何想要的方向移动。这样的系统可以被开发成无内置结构或边界的微流体设备。在芯片上的诊断实验室中，流体(如血液样本)的运动可以完全通过投射在其上的照明模式来调节。
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，提出了光导液体操纵系统的设计框架。通过选择正确的染料种类，我们可以在液滴动力学中产生显著的变化。这是由光引起的运动——水滴的无触点运动。
Kripa瓦拉纳西，麻省理工学院机械工程副教授
这些表面可调润湿性的另一个优点是，它们主要可以自我清洁。如果表面由亲水变为疏水，那么残留在表面的水就会被冲走，从而带走可能形成的任何污染物。
由于光响应效应主要是由染料涂层引起的，因此从现有的数千种有机染料中选择一种可以很好地改变它。据研究人员称，几乎所有用于这项技术的材料都是低成本的、普遍可用的商品材料，而且生产欧洲杯足球竞彩它们的技术也非常普通。
法赫德国王石油和矿产大学通过麻省理工学院和KFUPM的清洁水和清洁能源中心支持了这项研究。