Forskare vid McGill University har upptäckt ett nytt sätt att sammanfoga material med hjälp av ultraljud. Ultraljud – ljud så högt att det inte kan höras – används normalt för att krossa partiklar i vatten. I en nyligen genomförd studie, teamet av forskare, ledd av McGill professor Jake Barralet, från fakulteten för odontologi och medicin, fann att om partiklar belades med fosfat, de kunde istället binda samman till starka agglomerat, ungefär lika stor som sandkorn. Deras resultat publiceras i tidskriften Avancerade material .
Nanopartiklar är extremt användbara men är svåra att innehålla eftersom de är osynliga och lätt bärs i luften. De kan också lätt komma in i kroppen, skapa en oro för industriarbetares och allmänhetens säkerhet. En ny metod för att fästa nanopartiklar till varandra till något du kan hantera säkert med fingrarna, utan att ändra deras användbara egenskaper, kan få konsekvenser för en rad vardagliga tillämpningar.
"Att använda ultraljud är en mycket skonsam lågenergiprocess jämfört med traditionella ugnar och svetsning, så även aktiva läkemedel och enzymer kan enkelt byggas in i bärare för att göra nya hybridmaterial, " säger prof. Barralet, ledande utredare för studien och forskningschef vid kirurgiska avdelningen vid forskningsinstitutet vid McGill University Health Center (RI-MUHC).
Ultraljud inducerar kortlivade bubblor (känd som kavitation) som skapar, under en bråkdel av en mikrosekund, när de kollapsar, "hotspots" av tusentals grader. Eftersom denna bubbelbildning är en slumpmässig och sällsynt process, forskare har kämpat med sätt att utnyttja detta otroligt kraftfulla fenomen för att montera material snarare än för att förstöra dem. Nyckeln till McGill-teamets upptäckt var att utveckla ett sätt att lokalisera kavitation vid nanopartiklarnas yta. Detta ledde till upptäckten att deras fosfatbeläggning interagerar med instabila radikaler som skapas vid dessa hotpots och gör att nanopartiklarna "svetsas" ihop oåterkalleligt.
Precis som en mixolog (cocktailservitör) skakar drinkar tillsammans för att skapa din favoritmartini, materialforskare kan nu helt enkelt blanda ihop förformade nanopartiklar och zappa dem i ultraljudsbadet för att skapa nya konstiga och underbara hybrid- och fullt fungerande mikropartikelmaterial, såsom ledande keramiska katalysatorer, magnetiska polymerer, och drogladdade metaller.
"Vår upptäckt kan hjälpa till att lindra förlusten av platina från katalysatorer i bilavgaser, till exempel. Hälften av den platina som utvinns årligen i världen används för att tillverka katalysatorer och upp till hälften av denna platina går förlorad i atmosfären under bilens livstid. Detta beror på bristen på en bättre metod – hittills – för att binda nanopartiklar på ett robust och hållbart sätt samtidigt som deras aktivitet bibehålls."
Studiens medförfattare och tidigare McGill doktorand, David Bassett, hjälpte till att göra upptäckten när han upptäckte något ovanligt i botten av sitt ultraljudsbad.
"Istället för att bli mindre, dessa saker växte och fortsatte att växa. Vi gick uppför många återvändsgränder och det tog mig tre år att reda ut vad som pågick. Det var mödosamt men nu är det verkligen tillfredsställande att äntligen ha grepp om det."
