نور مرئی؛ کنترل از راه دور قرن ۲۱ام

سیستم جدید MIT می‌تواند جهت حرکت مایعات را با نور کنترل کند.

محققان انستیتو فناوری ماساچوست موفق به طراحی سیستم نوینی شده‌اند که قادر است به واسطۀ نور مرئی، مسیر حرکت مایعات بر روی سطوح را کنترل (و تعیین) نماید. بنا به گفتۀ دکتر کریپا واراناسی^۱، دانشیار مهندسی مکانیک MIT، الهام‌بخش این کار [بزرگ]، مطالعات انجام‌شده در عرصۀ فوتوولتائیک^۲ است، که حساسیت‌زایی به رنگ را از عوامل بهبود جذب تابش آفتاب معرفی کرده بود. نتایج این مطالعه در ژورنال Nature Communications (با IF: 11/329) منتشر شده است.

تصاویر متوالی از فرآیند انباشت القاشده توسط نور قطرات آب شور (محلول سدیم کلرید) بر روی سطح تیتانیم دی‌اکسید آغشته به رنگ کلرین حساس. خط مقایس: ۱ سانتی‌متر. امتیاز تصویر: Kwon et al, doi: 10.1038/ncomms14968.

هدف اصلی در این پروژه یافتن روشی جهت جداسازی نفت از آب بود، که بتوان برای جداسازی ترکیب کف‌آلود آب شور و نفت خام – که از برخی چاه‌های نفت استخراج می‌‎شود – به کار گرفت.
گاهی از روش‌های الکترواستاتیک برای این منظور استفاده می‌شود؛ ولی چنین روش‌هایی به دلیل مصرف هنگفت انرژی و ناکارآمد بودن در غلظت‌های بالای نمک، چندان به‌صرفه نیست. از این رو، واراناسی و همکارانش تمرکز خود را به سطوح “حساس به نور^۳” (و یا به طور دقیق‌تر، پاسخ‌گو به نور) معطوف نمودند؛ چرا که پاسخ این سطوح را به آب می‌‌توان از طریق اعمال نور تغییر داد.

پژوهشگران در ادامه با ایجاد سطوحی که تعامل‌شان با آب – خصوصیتی تحت عنوان ترشوندگی^۴ – را می‌شد به واسطۀ نور کنترل نمود، دریافتند که امکان بهره‌گیری از همین ایده در جداسازی آب از نفت وجود دارد؛ بدین صورت که با هدایت قطرات کوچک آب از طریق نور – بر روی سطح به‌خصوص – می‌توان آب را [اصطلاحاً] در قسمت دیگری رسوب داد و نفت را خالص‌سازی کرد.

در رابطه با سطح حساس به نور، نیز تعداد پرشماری از مواد حساس به نور از جمله تیتانیم دی‌اکسید (TiO_۲)، ترکیب اصلی ضد‌آفتاب‌ها، بررسی شده‌اند. اما اکثر این ترکیبات، به خصوص TiO_۲، اساساً به پرتوهای فرابنفش پاسخ داده و حساسیت چندانی به نور مرئی نشان نمی‌دهند. شایان ذکر است که تنها ۵ درصد از نور خورشید در بازۀ فرابنفش قرار دارد.
از همین رو، پژوهشگران بر آن شدند که حساسیت سطوح تیتانیمی را نسبت به نور مرئی افزایش دهند. آن‌ها برای دست‌یابی به این هدف، ابتدا از طریق تکنیک انباشت لایه‌به‌لایه^۵ فیلمی از ذرات تیتانیم دی‌اکسید متصل به پلی‌مر را بر روی یک سطح شیشه‌ای طراحی نمودند. این سطح در ادامه رنگ‌آمیزی شد. مشاهده شد که در پی رنگ‌آمیزی، حساسیت سطح (صفحه) نسبت به نور مرئی افزایش یافته و تغییر صورت گرفته در ترشوندگی (ناشی از اعمال نور) آن نیز بسیار بیشتر از تیتانیم دی‌اکسید می‌باشد.

این صفحه هنگام فعال‌سازی توسط نور آفتاب، کارایی قابل توجهی در دِامولسیفیه کردن (بازگرداندن امولسیون به مخلوط اولیه) ترکیب آب و نفت نشان می‌دهد.

جهت مطالعۀ بیشتر به منبع اصلی مراجعه کنید.

^پیوست

^{۱. Kripa Varanasi}
^{۲. Photovoltaics}
^{۳. Photoresponsive}
^{۴. Wettability}
^{۵. Layer-to-Layer Deposition Technique}

نور مرئی؛ کنترل از راه دور قرن ۲۱ام

درباره دکتر مجازی

درباره ما