Olja och vatten blandas inte, men ett KAUST -team har utnyttjat de distinkta gränssnitten mellan dessa ämnen för att göra plasmagenereringen i vätskor mer effektiv. Detta tillvägagångssätt är lovande för högavkastningssyntes av nanomaterial från flytande reagenser eller för kontrollerad eliminering av vattenburna parasiter.

Kända versioner av plasma i neonskyltar och TV -skärmar använder stabila, laddade partiklar i gasform. Men när det produceras i vatten från nanosekunders utbrott av elektricitet, positiva joner i plasma svalnar betydligt jämfört med energiska heta elektroner. De resulterande icke-termiska urladdningarna kan överföra energi till eller från omgivande molekyler, vilket gör dem till potentiella påverkare av kemiska reaktioner.

Ahmad Hamdan, en postdoktor med Min Suk Cha, arbetar för att bredda effekten av in-liquid-plasma genom att sänka typiska nedbrytningskrav. Initialt, han och hans kollegor injicerade små gasbubblor i vätskor för att störa det vanliga elektriska fältet och skapa områden med förstärkt intensitet för att slita isär laddningar. Tyvärr, denna strategi tenderade att fånga de heta elektronerna i bubblorna, isolera dem från potentiella kemiska mål.

Dessa undersökningar, dock, avslöjade att förändringar i dielektrisk permittivitet, en parameter som påverkar hur elektriska fält förökar sig i material, spelat en nyckelroll i bubblabaserade fältförbättringar. Hamdan insåg att detta fenomen kunde reproduceras genom att doppa en elektrod i två vätskor med olika svar på elektriska fält-ett lager av låg-dielektrisk heptanolja ovanpå vatten, till exempel.

Genom att optimera elektrodens position inom gränssnittet mellan olja och vatten, Hamdan fann att han kunde generera plasma i vätskorna med 100% sannolikhet vid lägre än normala spänningar. Dessutom, plasma förökar sig längs gränssnittet med en femfaldig förbättring av urladdningsvolymen.

"Detta är intressant eftersom plasma kan bryta ner båda vätskorna utan att erodera elektroden, "konstaterar Hamdan." Detta ger oss flexibiliteten att försöka göra ett brett spektrum av ämnen till nya nanomaterial. "

Som en demonstration, laget ersatte heptanskiktet med en hexametyldisilazanolja innehållande kisel, kväve- och kolväteatomer. Applicering av nanosekundens elektriska urladdningar på detta olje-vatten-gränssnitt producerade organosilikon-nanopartiklar med snabba hastigheter-flera milligram per minut-säkert begränsade inuti det flytande mediet. Ytterligare efterbehandling gav arter som var tillräckligt stabila för mikroelektroniska enheter vid hög temperatur.

Viktigt för detta arbete var transmissionselektronmikroskopi från Dalaver Anjum vid Imaging and Characterization Core Lab i KAUST, vilket visade sig vara avgörande för att upprätta relationer mellan kiseldioxid nanopartiklar av olika storlekar och deras dielektriska egenskaper. Vidare, ett speciellt elektronprisma på mikroskopet gav element-för-element nedbrytning av enskilda nanopartiklar.

Tillämpningarna för detta arbete är breda. "Vi har bara visat en del av de möjliga genomförbara tillämpningarna, "säger Cha." Denna nya idé kan utvidgas till vattenrening, biomedicinska tillämpningar, och uppgradering av flytande bränslen av låg kvalitet; Vi kommer att fortsätta arbeta för att göra dessa applikationer konkreta.