L'observation pointue par l'étudiante au doctorat Mengmeng Cui dans le laboratoire de science et d'ingénierie des polymères de Thomas Russell à l'Université du Massachusetts à Amherst l'a récemment amenée à découvrir comment piéger et contrôler cinétiquement un liquide dans un autre, les verrouiller et les séparer dans un système stable sur de longues périodes, avec la possibilité d'adapter et de manipuler les formes et les caractéristiques d'écoulement de chacun.

Russel, son conseiller, souligne que cette avancée est prometteuse pour un large éventail d'applications différentes, y compris dans l'administration de médicaments, biodétection, fluidique, photovoltaïque, milieux d'encapsulation et bicontinus pour applications énergétiques et milieux de séparations.

Il dit, "Il est très, très propre. Nous avons trompé le système pour qu'il reste absolument fixe, piégé dans un certain état aussi longtemps que nous le voulons. Maintenant, nous pouvons prendre un matériau et l'encapsuler dans une gouttelette de forme inhabituelle pendant très longtemps. Tout système où je peux avoir des matériaux co-continus et je peux faire des choses indépendamment dans l'huile et l'eau est intéressant et potentiellement précieux."

Cui, avec Russell et son collègue, le chimiste synthétique Todd Emrick, rapportent leurs conclusions dans le numéro actuel de Science .

Le laboratoire de Russell s'intéresse depuis longtemps aux phénomènes de brouillage et aux matériaux piégés cinétiquement, il dit. Lorsque Cui a remarqué quelque chose d'inhabituel dans les expériences de routine, plutôt que de l'ignorer et de recommencer, elle a décidé d'approfondir ses recherches. "Cette découverte est vraiment un hommage aux capacités d'observation de Cui, "Russell note, "qu'elle a reconnu que cela pourrait être important."

Spécifiquement, les scientifiques en polymères ont appliqué un champ électrique à un système avec deux liquides pour surmonter la force faible qui stabilise les assemblages de nanoparticules aux interfaces. Sous l'influence du champ extérieur, une goutte sphérique change de forme en un ellipsoïde avec une surface accrue, il a donc beaucoup plus de nanoparticules attachées à sa surface.

Lorsque le champ externe est libéré, le nombre plus élevé de nanoparticules de surface bloque le système liquide, arrêter le mouvement des nanoparticules comme l'embouteillage du vendredi après-midi sur une rampe de sortie ou des grains de sable coincés dans un sablier, explique Russell. Dans son état bloqué, la gouttelette recouverte de nanoparticules conserve sa forme ellipsoïde et transporte encore beaucoup plus de nanoparticules à sa surface, désordonné et liquide, qu'il ne le pourrait comme une simple goutte sphérique. Cette nouvelle forme peut être fixée de façon permanente. Cui, Russell et Emrick ont ​​également réalisé le brouillage à l'aide d'une méthode mécanique, en remuant.

En générant ces tensioactifs nanoparticulaires bloqués aux interfaces, des gouttes de fluide de forme et de taille arbitraires peuvent être stabilisées ouvrant des applications en fluidique, encapsulation et milieux bicontinus pour applications énergétiques. Une stabilisation supplémentaire est réalisée en remplaçant les ligands monofonctionnels par des ligands difonctionnels qui réticulent les assemblages, notent les auteurs. La capacité de générer et de stabiliser des liquides avec une forme prescrite offre des opportunités pour les systèmes liquides réactifs, emballage, livraison et stockage.