Under många år, ingenjörer har försökt skapa en speciell typ av yta:en som både kan stöta bort och absorbera vätskor, och vars förmåga att göra det - dess "vätningsbeteende" - kan kontrolleras snabbt och exakt. Tekniken skulle ha ett brett utbud av potentiella tillämpningar, från vattenfiltrering och biomedicinsk utrustning till optiska vätskelinser och lab-on-a-chip-system.

En sådan "smart yta" har nu tagits fram av forskare vid University of British Columbia. Billig, skalbar och drivs av bara ett konventionellt elektriskt batteri, den kopparbaserade ytan förändras från att vara mycket vattenavvisande (superhydrofob) till mycket vattenabsorberande (superhydrofil) när elektrisk potential appliceras.

"När små spänningar appliceras på ytan, vattendroppar som till en början rullar av fastnar allt tätare, " säger Ben Zahiri, studiens medförfattare. "Genom att ändra storleken på spänningen och hur länge den appliceras, vi kan enkelt kontrollera vinkeln som varje droppe bildar med ytan och hur snabbt detta händer."

När den elektriska potentialen tas bort, droppen behåller sin form och förblir klämd på plats.

Andra grupper har modifierat vätningsbeteendet hos kopparytor med hjälp av stimuli som värme, UV-strålning och röntgenstrålar. Men för att uppnå detta, de erforderliga temperaturerna är höga – upp till 300 grader Celsius – och de erforderliga exponeringstiderna är långa – från tiotals minuter till dagar. Detta gör dem opraktiska för ett antal konsument- och industriändamål.

I kontrast, den elektriska stimulansen som används av UBC-teamet ändrar vätningsbeteendet snabbt (från några sekunder till några minuter) och reversibelt, vid spänningar som finns i vanliga batterier (mindre än 1,5 V). Det gör det genom att ändra kopparytans oxidationstillstånd, som innehåller en blandning av hydrofilt CuO och hydrofobt Cu ₂ O:när koppar förlorar elektroner, det blir mindre attraherad av vatten.

Förmågan att kontrollera ytvätbarhet kan vara användbar varhelst droppar, eller fasta partiklar som absorberas av droppar, måste manipuleras, inklusive mikrofluidiska enheter och system för hantering av farligt material. Den erbjuder även avancerad självrengörande förmåga genom att möjliggöra kontrollerad avrullning av vätskor.

Även om UBC-teamet valde att undersöka koppar eftersom det är billigt, rikligt och en av de mest använda metallerna i världen, Zahiri tror att den elektrokemiska manipulationen av andra metaller, metalloxider och blandade oxider kan ge liknande lovande resultat. När det gäller vätskan, någon ledande vätska, som blod, kan användas.

"Dessa fynd kan öppna upp ett nytt område för utforskning av smarta ytor, säger UBC maskinteknikprofessor Walter Mérida, som övervakade arbetet.

Denna studie publicerades nyligen i Avancerade materialgränssnitt .