Controllare il movimento dell’acqua con la luce

Una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori del MIT permette di controllare, utilizzando solo la luce nello spettro del visibile, il movimento di gocce d’acqua su una superficie.

Presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) è stato sviluppato un progetto che inizialmente aveva come obiettivo la realizzazione di un sistema per separare liquidi oleosi dall’acqua per applicazioni nel campo dell’estrazione petrolifera. Il problema di fondo è che più petrolio e acqua sono tra loro mischiati, con gocce d’acqua molto piccole, più è difficile ottenere una buona separazione. I metodi elettrostatici in genere utilizzati comportano un consumo eccessivo di energia e non sono applicabili con acqua marina salata. I ricercatori hanno allora iniziato a esplorare il comportamento delle superfici denominate “photoresponsive“, quelle cioè la cui interazione con l’acqua, proprietà nota come wettability (bagnabilità), può essere modificata con esposizione a una sorgente luminosa. Dalle sperimentazioni è stato scoperto che è possible ottenere un’aggregazione di singole gocce d’acqua con successiva diffusione attraverso la superficie, e più massiccia è l’aggregazione, maggiore la separazione dal petrolio.

Tra i materiali indagati, il biossido di titanio, che però risponde principalmente alla luce ultravioletta, e solo il 5% della luce del sole è nello spettro dell’ultravioletto, per cui è stato necessario individuare degli specifici trattamenti per ottenere una buona risposta alla luce nello spettro del visibile. In particolare è stata usata una tecnica di deposizione a strati ottenendo un film di polimero e biossido poi applicato su uno strato di vetro. La superficie così ottenuta mostra una notevole risposta alla luce del sole, con un cambiamento di wettability che effettivamente permette di separare petrolio e acqua. Il fenomeno fisico alla base deriva dal fatto che la luce crea delle cariche elettriche che a loro volta determinano una differenza di potenziale tra la superficie e il liquido, con la particolarità che il fenomeno riguarda solo l’acqua marina e non il petrolio. Ma il progetto ha poi avuto ulteriori interessanti sviluppi aprendo a nuove applicazioni di microfluidica. In particolare, modificando in modo selettivo la wettability del materiale, tramite un raggio luminoso mobile, eventualmente via fibra ottica, una singola goccia d’acqua può infatti essere indirizzata in aree con maggiore bagnabilità spingendola in qualsiasi desiderata direzione con grande precisione, e questo significa poter realizzare dei dispositivi microfluidici senza necessità di canalizzazioni o altre strutture di contenimento: in pratica, come affermano i ricercatori, un “light-induced motion” di liquidi. Come effetto secondario, particolarmente utile in applicazioni Life Science, la garanzia di autopulizia delle superfici usate per analisii e test, con i campioni di acqua che vengono completamente allontananti dalle superfici e con essi qualsiasi contaminante presente.

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