Óleo e água não se misturam, mas uma equipe da KAUST explorou as interfaces distintas entre essas substâncias para tornar a geração de plasma em líquidos mais eficiente. Esta abordagem é promissora para a síntese de alto rendimento de nanomateriais de reagentes líquidos ou para a eliminação controlada de parasitas transmitidos pela água.

Versões familiares de plasmas em letreiros de néon e telas de TV usam estáveis, partículas carregadas em estado gasoso. Mas quando produzido na água a partir de rajadas de eletricidade de nanossegundos, os íons positivos no plasma esfriam significativamente em comparação com os elétrons quentes energéticos. As descargas não térmicas resultantes são capazes de transferir energia para ou de moléculas vizinhas, tornando-os influenciadores potenciais de reações químicas.

Ahmad Hamdan, um pesquisador de pós-doutorado com Min Suk Cha, está trabalhando para ampliar o impacto dos plasmas líquidos, reduzindo os requisitos de tensão de ruptura típicos. Inicialmente, ele e seus colegas de trabalho injetaram pequenas bolhas de gás em líquidos para interromper o campo elétrico usual e criar regiões de intensidade amplificada para separar as cargas. Infelizmente, esta estratégia tendia a prender os elétrons quentes dentro das bolhas, isolando-os de potenciais alvos químicos.

Essas investigações, Contudo, revelou que as mudanças na permissividade dielétrica, um parâmetro que afeta como os campos elétricos se propagam nos materiais, desempenhou um papel fundamental no aprimoramento de campo baseado em bolhas. Hamdan percebeu que esse fenômeno poderia ser reproduzido mergulhando um eletrodo em dois líquidos com respostas diferentes a campos elétricos - uma camada de óleo de heptano de baixo dielétrico sobre a água, por exemplo.

Ao otimizar a posição do eletrodo dentro da interface óleo-água, Hamdan descobriu que podia gerar plasmas nos líquidos com 100% de probabilidade em tensões abaixo do normal. Além disso, o plasma se propaga ao longo da interface com um aumento de cinco vezes no volume de descarga.

"Isso é interessante porque o plasma é capaz de decompor os dois líquidos sem corroer o eletrodo, "observa Hamdan." Isso nos dá a flexibilidade para tentar transformar uma ampla gama de substâncias em novos nanomateriais. "

Como demonstração, a equipe substituiu a camada de heptano por um óleo hexametildisilazano contendo silício, átomos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Aplicar as descargas elétricas de nanossegundos a esta interface óleo-água produziu nanopartículas de organossilício em taxas rápidas - vários miligramas por minuto - confinadas com segurança dentro do meio líquido. O pós-processamento adicional produziu espécies estáveis ​​o suficiente para dispositivos microeletrônicos de alta temperatura.

Importante para este trabalho foi a microscopia eletrônica de transmissão fornecida por Dalaver Anjum no Laboratório de Imagem e Caracterização da KAUST, que se mostrou crucial para estabelecer relações entre nanopartículas de sílica de diferentes tamanhos e suas propriedades dielétricas. Além disso, um prisma eletrônico especial no microscópio fornecia a decomposição elemento por elemento das composições de nanopartículas individuais.

As aplicações deste trabalho são amplas. "Demonstramos apenas parte das aplicações possíveis e viáveis, "diz Cha." Esta nova ideia pode ser estendida para a purificação de água, aplicações biomédicas, e atualização de combustíveis líquidos de baixa qualidade; continuaremos a trabalhar para tornar esses aplicativos tangíveis.