Att använda elektriska fält för att modifiera egenskaperna hos vätskor i kontakt med en yta kan användas i flera tillämpningar, såsom elektrofores, där en elektrisk ström kan separera molekyler efter storlek. Forskare vid A*STAR har nu utvecklat en teknik för att undersöka effekten av elektriska fält på egenskaperna hos oljebaserade smörjmedel, som kan leda till nya tillämpningar inom nanofluidik och nanoribologi.

När en vätska är innesluten mellan ytor som ligger nära varandra, det kan bilda ordnade lager, leder till förändringar i vätskans viskositet och molekylära struktur. Att förstå de mekaniska egenskaperna hos dessa ordnade lager är viktigt för utvecklingen av nanoteknologiska enheter och smörjmedel.

Detta ledde till att Sean O'Shea och Eugene Soh från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering utvecklade en teknik för att undersöka om vätskors mekaniska egenskaper, såsom flyt eller ytvidhäftning, kan ställas in genom att applicera externa elektriska fält.

"Det här är den typ av tekniska frågor som ska lösas för att utveckla "smarta" ytor för applikationer som kräver elektriskt kontrollerbar vidhäftning, smörjning eller flöde, " säger O'Shea. "Men, vi måste först undersöka förekomsten av några betydande elektriskt inducerade effekter."

Studier hittills har i första hand använt vatten eller joniska vätskor eftersom deras polära natur gör att de påverkas avsevärt av elektriska fält. Dock, användningen av joniska vätskor är dyr, så forskarna använde de mer konventionella smörjmedlen undecanol och tetradekan, som består av långkedjiga kolväten som ger tjocka ordnade lager.

Med ett starkt elektriskt fält mellan spetsen av ett atomkraftmikroskop (AFM) och ett grafitsubstrat nedsänkt i vätskorna, forskarna kunde producera högt ordnade lager av kolväten längs grafitens yta. En egenskap hos dessa ordnade lager är att de ger upphov till oscillerande krafter som kan mätas av AFM.

Även om oscillerande krafter observerades när inget elektriskt fält applicerades - vilket indikerar ordnade skikt i vätskan nära ytan - uppträdde dessa krafter mycket mindre ofta när ett starkt elektriskt fält applicerades över undecanol, och något mindre frekvent i tetradekan.

Men när vätskorna kokades vid 140 grader Celsius för att ta bort de små mängderna vatten som fanns i oljorna, de oscillerande krafterna förblev närvarande även vid höga elektriska fältstyrkor.

"Vårt arbete tyder på att förutom förändringar i molekylorientering, en annan mekanism, som uppstår från närvaron av spårmängder vatten, måste beaktas när elektriska fält appliceras, " säger O'Shea. "Detta representerar ytterligare ett steg närmare kontrollerbar smörjning och/eller vätskeflöde på ytor."