شگفتی از نانو؛

در چه شرایطی روغن و آب با یکدیگر مخلوط می‌شوند؟

محققان راهبرد جدیدی ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان مایعاتی که به سختی با هم مخلوط می‌شوند را ترکیب کرد.

کد خبر: ۹۱۵۲۰۵

چهارشنبه - ۰۶ اسفند ۱۳۹۹ / February 24, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، روغن و آب معمولا به سادگی با هم مخلوط نمی‌شوند، اما افزودن نانوذرات مناسب می‌تواند این دو مایع غیرقابل مخلوط شدن را به ژل عجیبی تبدیل کند که کاربرد‌های متعددی از باتری گرفته تا فیلتر‌های آب و پنجره‌های هوشمند داشته باشد.

پژوهشگران موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و دانشگاه دلاور، روشی ارائه کرده‌اند که به نظر می‌رسد راهی بهتر برای تولید این ژل‌ها باشد، حوزه‌ای که بیش از یک دهه است تحقیقات جدی زیادی روی آن انجام می‌شود. یکی از دلایل کاربرد‌های گسترده این ژل، مجموعه پیچیده کانال‌های میکروسکوپی به هم پیوسته آن است که در درون این ژل تشکیل می‌شود و یک ساختار اسفنجی ایجاد می‌کند. این کانال‌ها نه تنها مسیر‌هایی برای عبور سایر مواد را فراهم می‌کنند، بلکه آن‌ها را برای تصفیه مفید می‌سازد و بخش زیادی از سطح داخلی را در اختیار ژل قرار می‌دهد، مشخصه‌ای که برای سرعت بخشیدن به واکنش‌های شیمیایی یا داربست‌هایی که بافت زنده روی آن‌ها رشد می‌کند، ارزشمند است.

ژل‌ها معمولاً از دو حلال مایع تشکیل شده‌اند. همانند روغن و آب، این حلال‌ها به خوبی مخلوط نمی‌شوند، برای جلوگیری از جدا شدن کامل آن‌ها، محققان نانوذرات را با طراحی سفارشی به آن‌ها اضافه می‌کنند تا این نانوذرات در حد فاصل بین آن‌ها باقی بمانند. پس از پخت، این مواد باعث می‌شود ژل منسجمی ایجاد شود. با این حال، روند کار طاقت‌فرسا بوده، زیرا طراحی سفارشی نانوذرات برای هر کاربردی دشوار است و تشکیل ژل‌ها نیاز به کنترل دقیق دما دارد. این محدودیت‌ها تولید مقیاس صنعتی را دشوار کرده است.

در این راهبرد جدید محققان NIST، که «SeedGel» نامیده می‌شود، به جای طراحی نانوذرات برای باقی ماندن در میان دو حلال، نانوذراتی طراحی می‌کنند که تنها یکی از ذرات را محاط کند.

تولید این ژل بسیار ساده بوده، زیرا دو حلال آن معمولا روغن و آب هستند و نانوذرات آن دی‌اکسید سیلیسیم است. یون لیو از دانشگاه دلاور می‌گوید: «روش SeedGel ما از قدرت مکانیکی بالایی برخوردار است، ساخت آن بسیار آسان‌تر است و فرایند در مقیاس صنعتی قابل پیاده‌سازی است.»

از آنجا که راهبرد ژل‌سازی این تیم می‌تواند با ترکیبات دیگر حلال‌ها و نانوذرات مورد استفاده قرار گیرد، می‌توان بسته به نوع نانوذرات مورد استفاده در فیلتر‌ها برای تصفیه آب و احتمالاً سایر فرآیند‌های فیلتراسیون استفاده کرد.