Tăng tốc độ di chuyển của giọt nước bằng máy bơm chạy bằng ánh nắng mặt trời

Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Thanh Hoa và Đại học Beihang đã chế tạo được loại bơm mới dạng ống nhỏ để vận chuyển những giọt nước giữa khoảng cách dài. Máy bơm bao gồm một ống với các tính chất có thể được thay đổi theo cách không đối xứng thông qua chiếu xạ. Điều này dẫn đến lực mao dẫn và gradient về độ ẩm ở thành bên trong phối hợp với nhau để tăng tốc các giọt nước lên mức đặc biệt cao.

Các phương pháp phân tích và chẩn đoán phân tử hiện đại thường hoạt động với một lượng nhỏ chất lỏng. Công nghệ vi lưu cũng đã được áp dụng trong các quá trình tổng hợp, trong đó, các phản ứng xảy ra trong vi kênh và thiết bị thu nhỏ. Để vận chuyển chính xác khối lượng nhỏ chất lỏng từ nơi này sang nơi khác, nhóm nghiên cứu đã chế tạo bơm dạng ống.

Máy bơm bao gồm một ống polyme có đường kính khoảng 500 µm, được làm từ 2 lớp: Lớp ngoài là polydimethylsiloxane (PDMS), được trộn với oxit graphene khử (rGO), vật liệu nano từ cacbon giúp hấp thụ rất tốt ánh nắng mặt trời. Điều này tạo ra nhiệt truyền đến lớp bên trong của thành ống được làm từ poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAm), một loại polyme tạo nên hydrogel ở nhiệt độ phòng. Chuỗi polyme được kết vào một mạng lưới căng phồng khi nó hấp thụ nước. Trên mức nhiệt khoảng 32 độ C, hydrogel biến thành những quả cầu nhỏ tạo nên thành bên trong kỵ nước. Điều này cũng làm cho lớp bên trong co lại, khiến đường kính bên trong của ống lớn hơn.

Chiếu xạ ống chỉ ở một đầu tạo thành gradient độ ẩm ở thành bên trong. Ngoài ra, hình dạng của ống trở nên không đối xứng vì đường kính bên trong chỉ tăng ở đầu được chiếu xạ. Các lực mao dẫn làm cho các giọt nước di chuyển về phía đầu có đường kính nhỏ hơn - đầu không được chiếu xạ. Độ ẩm của thành bên trong giảm ở đầu chiếu xạ làm tăng tốc độ dòng chảy của giọt nước. Sức mạnh tổng hợp của hai cơ chế này dẫn đến tốc độ dòng chảy tăng cao, có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi cường độ chiếu xạ. Sau khi chiếu xạ, ống nguội đi rất nhanh. Hydrogel trở lại trạng thái ban đầu, sẵn sàng để được chiếu xạ trở lại.

Vật liệu dẻo cho phép sản xuất các ống thẳng hoặc cong dài hàng mét có thể vận chuyển nước liên tục giữa khoảng cách dài. Ngoài ra cũng có thể chế tạo các hệ thống phân nhánh được chiếu xạ đồng thời hoặc theo trình tự tại các vị trí khác nhau. Điều này cho phép các giọt nước riêng lẻ chứa nhiều thuốc thử khác nhau, được vận chuyển theo thứ tự cụ thể và có thể được sử dụng trong các xét nghiệm chẩn đoán hoặc khi các giọt nước đóng vai trò là lò phản ứng nhỏ cho các phản ứng hóa học.

Đ.T.V (NASATI), theo https://phys.org/news/2018-12-rapid-droplets-sunlight-powered.html#jCp, 12/2018