L'application d'une basse tension à une surface de cuivre nanostructurée modifie son état d'oxydation, et donc sa capacité à attirer et à repousser les liquides. Crédit :Université de la Colombie-Britannique
Pendant de nombreuses années, les ingénieurs ont cherché à créer un type de surface particulier :celui qui peut à la fois repousser et absorber les liquides, et dont la capacité à le faire - son "comportement de mouillage" - peut être contrôlée rapidement et avec précision. La technologie aurait un large éventail d'applications potentielles, de la filtration de l'eau et des dispositifs biomédicaux aux lentilles optiques liquides et aux systèmes de laboratoire sur puce.
Une telle « surface intelligente » a maintenant été mise au point par des chercheurs de l'Université de la Colombie-Britannique. Peu coûteux, évolutif et alimenté par une simple batterie électrique classique, la surface à base de cuivre passe de très hydrofuge (superhydrophobe) à très absorbante (superhydrophile) lorsqu'un potentiel électrique est appliqué.
"Lorsque de minuscules tensions sont appliquées à la surface, les gouttelettes d'eau qui roulent initialement s'y collent de plus en plus étroitement, " dit Ben Zahiri, co-auteur principal de l'étude. "En modifiant l'amplitude de la tension et sa durée d'application, nous pouvons facilement contrôler l'angle que forme chaque gouttelette avec la surface et la vitesse à laquelle cela se produit."
Lorsque le potentiel électrique est supprimé, la goutte conserve sa forme et reste épinglée en place.
D'autres groupes ont modifié le comportement de mouillage des surfaces en cuivre en utilisant des stimuli comme la chaleur, Rayonnement UV et rayons X. Mais pour y parvenir, les températures requises sont élevées - jusqu'à 300 degrés Celsius - et les temps d'exposition requis sont longs - de quelques dizaines de minutes à plusieurs jours. Cela les rend peu pratiques pour un certain nombre d'usages industriels et de consommation.
En revanche, le stimulus électrique utilisé par l'équipe de l'UBC modifie le comportement de mouillage rapidement (de quelques secondes à quelques minutes) et de manière réversible, à des tensions trouvées dans les batteries de tous les jours (moins de 1,5 V). Il le fait en changeant l'état d'oxydation de la surface du cuivre, qui contient un mélange de CuO hydrophile et de Cu hydrophobe
La capacité de contrôler la mouillabilité de la surface pourrait être utile partout où les gouttelettes, ou des particules solides absorbées par des gouttelettes, besoin d'être manipulé, y compris les dispositifs microfluidiques et les systèmes de manutention de matières dangereuses. Il offre également des capacités d'auto-nettoyage avancées en permettant l'écoulement contrôlé des fluides.
La surface intelligente développée par UBC offre des propriétés de mouillage de surface rapides et réversibles, de superhydrophobe (hydrofuge) à superhydrophile (attractif pour l'eau) en utilisant une faible tension qui pourrait être fournie par des batteries conventionnelles. Crédit :Université de la Colombie-Britannique
Bien que l'équipe de l'UBC ait choisi d'enquêter sur le cuivre parce qu'il est bon marché, abondant et l'un des métaux les plus couramment utilisés dans le monde, Zahiri pense que la manipulation électrochimique d'autres métaux, les oxydes métalliques et les oxydes mixtes peuvent donner des résultats tout aussi prometteurs. Quant au liquide, tout fluide conducteur, comme le sang, peut être utilisé.
"Ces découvertes pourraient ouvrir un nouveau champ d'exploration pour les surfaces intelligentes, " déclare Walter Mérida, professeur de génie mécanique à l'UBC, qui a supervisé les travaux.
Cette étude a été publiée récemment dans Interfaces de matériaux avancées .
