 Известно, что масло и вода не смешиваются легко, но тонкое диспергирование одной жидкости в другой производит жидкую смесь с большим количеством полезных свойств. Эмульсия, состоящая из мельчайших капелек одной из этих жидкостей, погруженных в другую, является наиболее распространенной формой, которую можно найти в салатных заправках, косметике и промышленных смазочных материалах.
Другие, более сложные виды эмульсии также являются возможными; получение интерфейса между двумя жидкостями в различных формах открывает новые виды поведения и приложений. Благодаря новому исследованию в Университете Пенсильвании, один особый вид эмульсии становится легче в получении.
Известный как биконтинуальный эмульсионный гель, или бигель, этот тип эмульсии рассматривается как своего рода жидкий конвейер для непрерывных химических реакций. Это связано с тем, что вместо того, чтобы иметь изолированные капли, обе фазы воды и масла в этих материалах состоят из плотно сплетенных, но при этом полностью подключенных сетей, через которые могут протекать другие молекулы. Слой частиц, «забитых» на границе раздела между сетями масла и воды, предотвращает их от диспергирования, и может также служить в качестве катализатора для тех реакций.
Такое сложное строение только недавно стало возможным благодаря прогрессу в физике мягкой материи, и до сих пор было ограничено лишь небольшим количеством совместимых масел. Способ изготовления бигелей, который использует этанол вместо точных температурных изменений для формирования сетей, работает с гораздо более широким спектром масел, открывая двери для новых приложений. Он также позволяет легче контролировать общую форму бигеля, что позволяет ему принимать форму капель, мембран или волокон. Они могут также контролировать размеры внутренних сетей.
Первоначально разработанные группой исследователей из Университета Эдинбурга, бигели впервые были получены с помощью процесса, известного как термонаведенный спинодальный распада. В подобном процессе масло и вода вынуждены перемешивать тепло, затем отделиться путем отбрасывания температуры смеси. Впрыскивание частиц, которые идут к переплетенным интерфейсам между жидкостями останавливают этот процесс, прежде чем масло и вода разделяются на дискретные капли.
Способ, разработанный исследователями, стал известен как индуцированное растворителем фазовое разделение, использующее этанол вместо тепла, чтобы смешивать и отделять масло и воду. В дополнение к широкому диапазону материалов, которые совместимы с новым методом, он позволяет лучше контролировать формы, которые принимает конечный бигель.
С их сложными внутренними структурами, бигели могут решить проблему внутренних химических реакций, которые происходят в воде, и иметь продукты, которые растворимы в масле. Так называемые «эмульсионные микрореакторы» включают в себя упаковку реагентов в капели воды с катализирующими частицами на их поверхностях, и их последующее погружение в масляную ванну. Следующих шаг исследователей будет заключаться в поиске применений для их методов.
|
