Parallèlement à votre vinaigrette à base d'huile préférée, la combinaison de nanoparticules et d'un matériau semblable à du savon (tensioactif) va encore plus loin :les canaux accordables sont stabilisés dans le mélange. À gauche :une goutte d'eau avec un piégé, alias coincé, assemblage nanoparticule-tensioactif à sa surface. Le retrait de la phase « aimant l'eau » a entraîné la compression de la seule couche d'assemblages. Les rides visibles se développent immédiatement, suggérant une nature « de type solide » des assemblages comprimés. Et, le processus est réversible. À droite :une image de fluorescence confocale montre la structure bicontinue des mélanges nanoparticules-tensioactifs. Crédit :Département américain de l'Énergie
Jusqu'à maintenant, produire des liquides pouvant être façonnés et remodelés à la demande n'a pas été possible. Les scientifiques ont découvert un moyen simple de former des gouttelettes stabilisées dans diverses structures. Des assemblages de nanoparticules-polymères étroitement emballés à la surface des gouttelettes ont été pressés dans des assemblages de formes souhaitées avec un champ électrique. Cette nouvelle approche est une voie simple pour former des gouttelettes d'une phase liquide dans un autre liquide. Cela pourrait conduire à la production continue de disques discrets, sensible, et des systèmes tout-liquide reconfigurables.
Il s'agit d'une plate-forme unique pour l'impression de liquides dans des structures telles que de petits tubes ou des gels spéciaux en forme d'éponge avec les dimensions de canal souhaitées. Cette impression peut structurer, réorganiser, et verrouiller indéfiniment l'arrangement spatial des liquides. Le résultat? Les liquides imprimés peuvent créer des chemins optimisés pour l'écoulement de la mécanique, électrique, ou l'énergie optique à travers un matériau. Le réglage de la compression à la surface peut conduire à des technologies avancées, voire révolutionnaires, de stockage d'énergie et de catalyseur.
Les cellules biologiques compartimentent les fonctions des protéines et des enzymes au sein des organites et s'organisent en tissus qui se coordonnent pour effectuer un travail. Piégeage, alias brouillage, les nanoparticules à la surface des gouttelettes d'eau offrent des voies sans précédent pour compartimenter de la même manière la matière fabriquée par l'homme, entraînant l'assemblage de liquides structurés.
Des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory ont démontré que deux liquides qui ne se mélangent pas (appelés non miscibles) peuvent être façonnés à la demande en structures non sphériques stables. La clé réside dans des tensioactifs nanoparticulaires étroitement emballés (matériaux semblables à du savon) à la surface des gouttelettes qui sont comprimées par un champ électrique. Une goutte d'eau contenant des nanoparticules décorées de groupes fonctionnels chargés négativement a d'abord été créée. La gouttelette d'eau était dans une huile contenant des polymères avec des groupes complémentaires chargés positivement à une extrémité. Cela a permis aux charges opposées de former des assemblages à l'interface eau-huile. Un champ électrique a été appliqué à travers la gouttelette, le déformer en une forme allongée avec une surface accrue. Cela a permis à plus d'assemblages de se former à la surface des gouttelettes. Lors de la suppression du champ électrique, la gouttelette a tenté de revenir à une forme de surface inférieure (sphère). Cependant, les assemblages étaient comprimés et coincés à l'interface. Cela a provoqué la fixation de la forme du liquide, « arrêter » le liquide dans une forme par ailleurs très instable.
La suppression de l'instabilité permet le développement d'un processus continu pour former des gouttelettes très uniformes avec une large gamme de formes. De plus, la configuration des gouttelettes peut être modifiée de manière contrôlable. L'application ultérieure d'une force telle qu'un champ électrique ou magnétique peut provoquer la déformation de la gouttelette. L'assemblage coincé devient fluide. Cela permet de reconfigurer son organisation spatiale et de former une nouvelle forme de goutte après suppression du champ.
En utilisant ce processus simple, deux liquides non miscibles produisirent le premier tortueux, structure entièrement liquide avec des canaux submicrométriques interconnectés (plus étroits qu'un cheveu humain) et une forme persistante. De tels « bijels » (émulsion bloquée bicontinue) peuvent présenter des avantages en tant que matériaux de catalyse et de stockage d'énergie, mais les difficultés à les produire et à réduire la taille de leur chaîne ont limité leur valeur à ce jour. Cette approche nanoparticulaire-tensioactif est plus simple et a conduit à des bijels avec des tailles de canaux réglables, même jusqu'à dix fois inférieures à ce qui est actuellement possible. Une large gamme de liquide, nanoparticule, et les chimies et concentrations des polymères peuvent être utilisées. Ces résultats fournissent des conseils précieux pour la sélection de nanoparticules et de polymères fonctionnalisés afin de régler le processus d'assemblage des gouttelettes afin de générer des liquides structurés de manière prévisible.
