麻省理工学院工程师开发了一种新的系统，它使用光来控制水在表面上移动的方式。该前进可以向门口打开门，例如微流体诊断装置，其通道和阀门可以在飞行中重新编程，或者可以将来自钻井平台上的油分离的现场系统。
新系统在自然通信期刊上发布，是由机械工程机械工程副教授Kripa Varanasi教学创新学院的MIT副教授开发，前博士·麦克氏省，研究生Divya Panchanathan，前研究科学家Seyed Mahmoudi和在沙特阿拉伯国王石油公司国王大学的穆罕默德笼子。
该项目的初步目标是寻找分离油从水分离的方法，例如，处理小型水和原油从某些油井生产的泡沫混合物。这些混合物更彻底地混合 - 液滴更好 - 它们越难以分离。有时，使用静电方法，但这些是能量密集的，当水是高度盐水时，这些都是不起作用的。相反，工程师探索了使用“光反应性”表面，其对水的反应可以通过暴露于光而改变。
通过创造与水的相互作用的表面 - 一种被称为润湿性的物质 - 可以通过光激活，团队发现它们可以通过导致水的瞬间滴落并涂抹在表面上来直接将油与水分离。水滴熔断器越多，它们越多于油。
该方法还用于在一系列实验中演示的团队在表面上驱动过水滴。通过使用移动光束选择性地改变材料的润湿性，可以针对更可湿的区域引导液滴，以极大的精度向其推动任何所需方向。
光响应材料已被广泛研究和使用;一个例子是大多数防晒剂，二氧化钛中的活性成分，也称为二氧化钛。但大多数这些材料（包括Titania），主要是紫外线响应，几乎几乎都以可见光。然而，只有约5％的阳光在紫外线范围内。因此，工程师可以在一种方法来处理二氧化钛表面，使其响应可见光。
它们通过首先使用层逐层沉积技术来实现，以在一层玻璃层上积聚聚合物结合的二氧化钛颗粒膜。然后用简单的有机染料浸涂材料。得到的表面对可见光产生高度响应，在暴露于阳光下产生润湿性的变化，这远远大于二氧化钛本身。当阳光激活时，该材料在“破坏”油水混合物中证明非常有效 - 使水和油彼此分开。
“我们受到光伏作品的启发，其中染料敏化用于提高太阳辐射的吸收效率，”Varansi说。“染料与二氧化钛颗粒的偶联允许在光照射时产生电荷载体。这在照明时产生了在表面和液体之间建立的电势差，并导致润湿性能的变化。“
“盐水在照明下的表面上展开，但石油没有，”堪萨斯大学的助理教授是肯瓦。“我们发现，几乎所有海水都会在表面上散布，并在可见光下与原油分离。”
由于团队在一系列实验中证明，因此也可以使用相同的效果来驱动表面上的水滴。通过使用移动光束选择性地改变材料的润湿性，可以针对更可湿的区域引导液滴，以极大的精度向其推动任何所需方向。这种系统可以设计成制造没有内置边界或结构的微流体装置。液体的运动 - 例如诊断实验室内芯片中的血液样品 - 将由投影到其上的照明模式来完全控制。
通过创造与水的相互作用的表面 - 一种被称为润湿性的物质 - 可以通过光激活，研究人员发现它们可以直接将油与水分离。该过程导致近滴水液滴聚结，横跨表面蔓延。
“通过系统地研究染料的能量水平与接触液体的润湿性之间的关系，我们提出了一种设计的框架，用于设计这些光导的液体操纵系统，”瓦拉纳西说。“通过选择合适的染料，我们可以在液滴动态中产生重大变化。它是光诱导的运动 - 一种无情的液滴运动。“
这些表面的可切换润湿性具有另一个好处：它们可以在很大程度上进行自我清洁。当表面从吸水（亲水）切换到水排放（疏水）时，表面上的任何水都被驱除，携带任何可能构建的污染物。
由于光致效果基于染料涂层，因此可以通过从数千元的可用有机染料中选择来高度调节。研究人员表示，该过程中涉及的所有材料都是广泛的可用，便宜的，商品材料，以及使它们是司空见惯的过程。
该研究得到了石油公司石油公司国王和矿物质，通过清洁水域和麻省理工学院和KFUPM清洁能源的支持。
出版物：Gibum kwon等，“光致偏移表面上的液体润湿性的可见光引导操纵，”自然通信8，物品编号：14968（2017）DOI：10.1038 / NCOMMS14968
