Technika rozwarstwiania nanocząstek stwarza nowe możliwości innowacji
Partnerzy finansowanego ze środków UE projektu BARRIER PLUS opublikowali wyniki doświadczeń, dzięki którym udało im się wykazać zarówno teoretycznie, jak i doświadczalnie, że farba złożona z dwóch cząstek o różnych wymiarach rozwarstwia się w czasie schnięcia, jeżeli cząstki te są odpowiednio duże. W efekcie mniejsze cząstki, mierzące w nanoskali zaledwie jedną tysięczną grubości włosa ludzkiego, układają się w warstwę nad większymi cząstkami – to zupełnie nowa technika. Koloidy, które wysychając tworzą dwuwarstwową strukturę, mogą umożliwić tworzenie kosmetyków i urządzeń elektronicznych o nowatorskich właściwościach. Wraz z odparowywaniem płynu ze schnącego koloidu losowo potrącające się cząstki zacieśniają się w następstwie ruchów Browna. Ruchy Browna mniejszych cząstek są szybsze, dzięki czemu zmiana ich rozmieszczenia w wyniku zmniejszania się objętości koloidu jest łatwiejsza. Większe cząstki nie są w stanie przesuwać się tak szybko i dlatego gromadzą się na granicy faz powierzchnia-powietrze. Naukowcy badający koloidy zawierające cząstki różnych rozmiarów odkryli, że przy pewnych tempach odparowywania, większe cząstki skupiają się na górze wysychającej warstwy, a mniejsze są rozłożone bardziej równomiernie. Panowało powszechne przekonanie, że zjawisko to zachodzi bez względu na tempo odparowywania. Niespodziewane i nieprzewidywalne rozwarstwienie Jednak naukowcy z BARRIER PLUS, pracujący na Uniwersytecie Surrey, Zjednoczone Królestwo, odkryli coś całkowicie przeciwnego, kiedy zbadali dokładniej zawiesinę zawierającą cząstki o dwóch różnych rozmiarach. Powstające w niej rozwarstwienie nie było ani spodziewane ani przewidywane, w związku z tym poświęcili kilka miesięcy na sprawdzenie swoich wyników na podstawie szczegółowych symulacji komputerowych i doświadczeń laboratoryjnych z koloidami na bazie wody, zawierającymi sferyczne cząstki o dwóch wielkościach. Zespół modelował zawiesiny zwierające duże i małe cząstki w różnych stosunkach i w kilku różnych proporcjach populacyjnych. Wraz z odparowywaniem wody mniejsze kule przesuwały się w górę, a większe w dół. Efekt ten powstawał przy proporcji cząstek od 2:1 do 14:1, ale tylko wtedy, kiedy liczba małych cząstek przewyższała dwustukrotnie lub więcej liczbę dużych. Następnie naukowcy sprawdzili ten efekt za pomocą cząstek akrylowych o średnicy 385 i 55 nanometrów zawieszonych w wodzie, znakując większe kule czerwonym barwnikiem fluorescencyjnym. Po wyschnięciu koloidów ponownie przekonali się, że nastąpił podział cząstek, ale tylko wtedy, kiedy stosunek liczbowy mniejszych cząstek do większych przewyższał 200. Sposobności do innowacji Dzięki doświadczeniom przeprowadzonym w ramach BARRIER PLUS, proces rozwarstwiania może zaowocować opracowaniem innowacyjnych produktów w całym wachlarzu branż przemysłowych. Jednym z przykładów jest emulsja do opalania, w której cząstki blokujące promienie słoneczne mogą zostać tak zaprojektowane, aby układały się w górnej warstwie, a cząstki przywierające do skóry w dolnej. Otwierają się też możliwości przed przemysłem elektronicznym – powłoka telefonu komórkowego mogłaby mieć podwójne właściwości: odporność na zadrapania na zewnątrz i zdolność do przywierania do szkła w dolnej warstwie. Partnerzy projektu BARRIER PLUS zamierzają opracować jednoskładnikową powłokę barierową na bazie wody, której konkurencyjność polega na niższych emisjach LZO i na tym, że jest prawdopodobnie bezpieczniejsza dla zdrowia człowieka niż powłoki dwuskładnikowe. Projekt, nad którym prace mają się zakończyć w grudniu 2016 r., otrzymał niemal 3 000 000 EUR dofinansowania ze środków UE. Więcej informacji: witryna projektu BARRIER PLUS
Kraje
Zjednoczone Królestwo
