Experimentella fysiker vid University of Massachusetts Amherst rapporterar idag att de har utvecklat en snabb, dynamisk ny process för inslagning av flytande droppar i ultratunna polymerark, så det som en gång var en noggrann process som tog tiotals minuter kan nu göras på en bråkdel av en sekund.

Fysikprofessor Narayanan Menon, med nuvarande postdoktor Deepak Kumar, före detta postdoc Joseph Paulsen och professor i polymervetenskap Thomas Russell, rapportera sina fynd i det aktuella numret av Vetenskap . Paulsen är nu vid Syracuse University.

Som Menon förklarar, många forskargrupper runt om i världen arbetar med problemet med att slå in flytande droppar för att stabilisera emulsioner, vilket kan vara användbart i läkemedelsleveranssystem, till exempel, eller för att åtgärda oljeutsläpp.

Den vanliga metoden är att använda ett lager av vätska som fungerar som ett ytaktivt medel för att hålla oljor och vatten i suspension. Majonnäs är en emulsion av olja och vatten, Menon anteckningar, med äggvita som ytaktivt medel som håller den i suspension. Men ett flytande ytaktivt skikt har ingen styvhet, det kan inte hålla en form. UMass Amherst -forskarna letade efter en omslag med en begränsad styvhet.

Han säger, "Låt oss säga att jag ber dig att avsluta en basket och jag ger dig tejp och papper. Du gör så gott du kan, men det kommer inte att komma ut väldigt snyggt. Det kommer att ha luckor och överlappningar. Med vår nya process, du kastar basket på pappret, och det kommer perfekt inslaget. "

Menon tillägger, "Om du funderar på att göra den här typen av omslag om och om igen, hastighet och användarvänlighet gör skillnaden. Den snabba och enkla lösningen Kumar har hittat är ett stort framsteg, och när han väl behärskade det och identifierade de viktigaste parametrarna, han fann att han kunde bli äventyrlig och göra olika former. Vi visar att vi har gjort kuber och en tetraeder, till exempel."

Också, "Materialen är vanliga polymerer och vanliga vätskor, bara olja och vatten. Inga magiska ingredienser behövs, och vi kan gå fritt från oljedroppar i vatten och vice versa. Sömmarna hålls på plats av motvilja mot vätskan inuti vätskan utanför, så att inslagningskanterna möts precis vid sömmen och det finns ingen överlappning och ingen lucka. "

Kumar, tidningens första författare, påpekar att den nya tekniken utnyttjar den snabba dynamiken i dropppåverkan för att uppnå förpackning av oljedroppar med ultratunna polymerfilmer i en vattenfas. "Trots våldet med stänkande händelser, processen ger robust omslag som är optimalt formade för att maximera den inneslutna vätskevolymen och har nästan perfekta sömmar, "skriver han och kollegor." Vi uppnår omslag av riktade tredimensionella former genom att skräddarsy filmens tvådimensionella gräns och visar teknikens allmänhet genom att producera både olja-i-vatten och vatten-i-olja-omslag. "

Viktiga faktorer som är inblandade i den nya metodens praktiska framgång, Kumar noterar, är droppvätskedensitet och droppens storlek i förhållande till storleken på det tunna polymerarket. Menon quips, "Det fungerar inte om du kastar en basket på ett lakan, inte heller vid en frimärke. Storleken på droppen och arket måste vara relaterade. "

En oväntad bonus på detta arbete, författarna påpekar, är att de inte bara har uppnått den praktiska framgången, men de kunde svara på en del av den djupare vetenskapliga mekanismfrågan. Kumar säger, "Vi föreslår några idéer, men vi har inte svaret på alla frågor. "

Menon säger att han hoppas att experimentella fysiker som läser om detta arbete snabbt kommer att förstå att "det är tekniskt enkelt och du borde göra det själv. Faktum är att du bör ta det och gå i riktningar som vi inte har tänkt på. Vi hoppas att andra forskare kommer att tänka på fler och annorlunda tillämpningar än vi skulle göra själva. Om du vill lägga till komplexitet, du kan lägga ett lager eller ett mönster på insidan av omslaget, eller så kan du lägga till ett fönster för att göra det något läckande. När du väl vet hur du gör tekniken, det är inte noga. "