Исследователи из Массачусетского технологического университета совместно с коллегами из Саудовской Аравии разработали метод превращения поверхности из пассивной в активную, что позволит ей, в случае необходимости, управлять поведением жидкостей и любых частиц, которые на ней находятся. Работа может помочь в создании новых видов биомедицинских и микрофлюидных устройств, а также солнечных панелей, которые будут автоматически самоочищаться от грязи и песка.
Большинство поверхностей — пассивные, и то, как себя поведут на них жидкости или иные частицы, зависит от влияния силы тяжести или других физических сил. Чтобы превратить пассивную поверхность в активную, ученые решили воздействовать на нее внешними полями, например — магнитным полем, что позволило им начать контролировать перемещение твердых частиц или капель по этим поверхностям.
Методика предполагает использование микротекстурированной поверхности с выступами или ребрами, насчитывающими всего несколько микрометров в поперечнике. Эту поверхность пропитывают какой-либо жидкостью, которой можно будет манипулировать, к примеру — маслом, смешанным с крошечными магнитными частицами или ферромагнитной жидкостью, которую можно перемещать по поверхности, воздействуя на нее магнитным полем.
Когда капельки воды или крошечные частицы появляются на поверхности, их покрывает тонкий слой «управляемой» жидкости, образуя своеобразный тонкий магнитный покров, который может стягивать капли или частицы вместе.
Крошечные ферромагнитные частицы диаметром приблизительно в 10 нанометров в ферромагнитной жидкости помогли бы контролировать процессы, протекающие, например, в микрофлюидных устройствах, применяемых для тестирования биологических или химических образцов, путем смешивания последних с различными реагентами.
В отличие от фиксированных каналов в традиционной микрофлюидике такие активные поверхности могли бы иметь «виртуальные» каналы, конфигурацию которых можно было бы изменять по своему усмотрению.
Ученые уверены, что разработка найдет широкое практическое применение. К примеру, известно, что в случае скапливания на поверхностях солнечных панелей пыли, влаги, песка и т. п., их эффективность резко падает. Но если поверхности этих устройств будут активными, то для очистки достаточно будет лишь кратковременного воздействия магнитным импульсом.
Именно в условиях пустыни наиболее остро стоит проблема загрязнения песком солнечных панелей, и вот почему в исследовательском проекте принимают активное участие специалисты из Саудовской Аравии.
Пока что единственный способ борьбы с песком — это его очистка водой из шланга, но этот способ дорог из-за больших трудозатрат и расточительного отношения к воде. Новая же разработка, по мнению ученых, могла бы сделать процедуру очистки автоматической и не требующей использования воды.