Paralelamente a su aderezo para ensaladas a base de aceite favorito, la combinación de nanopartículas y un material similar al jabón (tensioactivo) va un paso más allá:los canales sintonizables se estabilizan en la mezcla. Izquierda:una gota de agua con una trampa, también conocido como atascado, montaje de nanopartículas-tensioactivo en su superficie. Retirar la fase de "gusto por el agua" hizo que la capa única de conjuntos se comprimiera. Las arrugas visibles se desarrollaron de inmediato, sugiriendo una naturaleza "sólida" de los conjuntos comprimidos. Y, el proceso es reversible. Derecha:una imagen de fluorescencia confocal muestra la estructura bicontinua de las mezclas de nanopartículas y surfactante. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Hasta ahora, no ha sido posible producir líquidos que se puedan moldear y remodelar bajo demanda. Los científicos descubrieron una forma sencilla de formar gotitas estabilizadas en una variedad de estructuras. Los ensamblajes de nanopartículas-polímero apretados en las superficies de las gotas se comprimieron en ensamblajes de formas deseadas con un campo eléctrico. Este nuevo enfoque es una ruta simple para formar gotitas de una fase líquida en otro líquido. Esto podría conducir a la producción continua de productos discretos, sensible, y sistemas totalmente líquidos reconfigurables.
Esta es una plataforma única para imprimir líquidos en estructuras tales como pequeños tubos o geles especiales en forma de esponja con las dimensiones de canal deseadas. Esta impresión puede estructurar, reorganizar, y bloquear indefinidamente la disposición espacial de los líquidos. ¿El resultado? Los líquidos impresos pueden crear rutas optimizadas para el flujo de mecánica, eléctrico, o energía óptica a través de un material. Ajustar la compresión en la superficie puede conducir a tecnologías avanzadas, incluso revolucionarias, de almacenamiento de energía y catalizadores.
Las células biológicas compartimentan las funciones de proteínas y enzimas dentro de orgánulos y se organizan en tejidos que se coordinan para realizar el trabajo. Captura, también conocido como interferencia, Las nanopartículas en las superficies de las gotas de agua ofrecen rutas incomparables para compartimentar de manera similar la materia creada por el hombre, lo que da como resultado el ensamblaje de líquidos estructurados.
Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han demostrado que dos líquidos que no se mezclan (llamados inmiscibles) se pueden moldear bajo demanda en estructuras no esféricas estables. La clave son los tensioactivos de nanopartículas compactas (materiales similares al jabón) en las superficies de las gotas que son exprimidas por un campo eléctrico. Primero se creó una gota de agua que contiene nanopartículas decoradas con grupos funcionales cargados negativamente. La gota de agua estaba en un aceite que contenía polímeros con grupos complementarios cargados positivamente en un extremo. Esto permitió que las cargas opuestas formaran conjuntos en la interfaz agua-aceite. Se aplicó un campo eléctrico a través de la gota, deformándolo en una forma alargada con un área de superficie aumentada. Esto permitió que se formaran más conjuntos en la superficie de la gota. Al eliminar el campo eléctrico, la gota intentó volver a una forma de área de superficie inferior (esfera). Sin embargo, los ensamblajes se comprimieron y se atascaron en la interfaz. Esto provocó que se fijara la forma del líquido, "detener" el líquido en una forma por lo demás altamente inestable.
La supresión de la inestabilidad permite el desarrollo de un proceso continuo para formar gotas muy uniformes con una amplia gama de formas. Es más, La configuración de las gotas se puede cambiar de forma controlable. La aplicación posterior de una fuerza, como un campo eléctrico o magnético, puede hacer que la gota se deforme. El ensamblaje atascado se vuelve fluido. Esto permite que se reconfigure su organización espacial y que se forme una nueva forma de gota después de la eliminación del campo.
Usando este simple proceso, dos líquidos inmiscibles produjeron el primer tortuoso, Estructura totalmente líquida con canales submicrométricos interconectados (más estrechos que un cabello humano) y una forma persistente. Tales "bijels" (emulsión atascada bicontinua) pueden tener ventajas como materiales para la catálisis y el almacenamiento de energía, pero las dificultades para producirlos y reducir el tamaño de su canal han limitado su valor hasta la fecha. Este enfoque de nanopartículas-surfactante es más simple y condujo a bijels con tamaños de canales sintonizables, incluso hasta diez veces más bajos de lo que es posible actualmente. Una amplia gama de líquidos nanopartícula, y pueden usarse químicas y concentraciones de polímeros. Estos hallazgos proporcionan una guía valiosa para la selección de nanopartículas y polímeros funcionalizados para ajustar el proceso de ensamblaje de gotas para generar líquidos estructurados de una manera predecible.
