Olie in het nauw
Een hydrofoob oppervlak, dat van nature water afstoot, kan met behulp van een elektrische spanning hydrofiel gemaakt worden. De druppel vloeit dan uit over het oppervlak, dit proces heet ‘ electrowetting‘. Electrowetting is een bekende techniek voor “microfluidics” die al voor vloeistof lenzen, displays en biochips (“lab-on-a-chip”) gebruikt wordt. Het is een nauwkeurige manier om kleine druppels over oppervlakken te laten bewegen, samen te laten vloeien of juist op te breken. Om te voorkomen dat de kleine druppels in dergelijke “microfluidic devices” verdampen, worden ze vaak met olie omgeven. De olie zorgt er ook voor dat het vloeistoftransport soepeler en energiezuiniger verloopt.
Voor zijn experimenten gebruikt Staicu een kleine waterdruppel in een omgeving van siliconenolie die op zijn beurt op een teflonachtig oppervlak ligt: van nature is dit oppervlak hydrofoob, water wordt er niet door aangetrokken. Met een elektrische spanning op de druppel wordt het oppervlak hydrofiel: de druppel vloeit over het oppervlak uit. Bij dit uitvloeien wordt een dunne laag olie onder de druppel ingevangen. De dikte van dit laagje stelt zich zo in dat de elektrische en viskeuze krachten met elkaar in evenwicht zijn. Tot verrassing blijft de olielaag niet uniform van dikte, maar valt uiteen in vele druppeltjes, die een regelmatig patroon vormen. Staicu laat zien dat de verdeling van deze druppels afhangt van de snelheid waarmee het water zich verspreidt en toont het verband aan tussen deze verdeling, de aangebrachte spanning en de manier waarop de spanning wordt opgevoerd.
Het onderzoek biedt perspectief voor het optimaliseren van biochips, waarbij een zo snel mogelijke sturing van kleine hoeveelheden vloeistoffen gewenst is. Daarnaast bieden de resultaten fundamenteel inzicht in een verwant natuurkundig proces dat “dip- coating” heet, om dunne lagen op een oppervlak aan te brengen.
De olie verdeelt zich in kleine druppeltjes onder de zich uitspreidende waterdruppel. Klik hier om het bijbehorende filmpje te zien.
