Viola: via libera, UV: stop. Ecco il semaforo che regola il flusso di un gas

Esiste un semaforo per ogni tipo di traffico, ed ora anche il gas ne ha uno tutto suo.

Una nuova membrana sviluppata presso il Laboratorio dell’Università di Rochester, permette il flusso di un gas quando la sua superficie è irradiata da un raggio luminoso di colore viola, mentre ne inibisce il passaggio quando riceve raggi ultravioletti. Questa è la prima volta che gli scienziati hanno sviluppato una membrana controllabile esclusivamente tramite la luce.

Eric Glowacki e Kenneth Marshall sono gli autori di questa ricerca, e proprio oggi presentano i loro risultati alla conferenza annuale presso la International Society for Optics and Photonics (SPIE) di San Diego, California.

La membrana è formata da un materiale in plastica dura pieno di piccoli fori che contengono cristalli liquidi e un colorante. Quando la luce viola illumina la superficie della membrana, le molecole del colorante si raddrizzano inducendo i cristalli liquidi a orientarsi in una linea ordinata, consentendo così il passaggio del gas attraverso i buchi. Quando invece la luce ultravioletta illumina la stessa superficie, le molecole di colorante si inarcano assumendo la forma di una banana, provocando la dispersione dei cristalli liquidi in orientamenti casuali, intasando il poro e impedendo la penetrazione del gas.

Il controllo della permeabilità di una membrana con la luce è sicuramente preferibile, rispetto alla gestione tramite il calore o l’elettricità per diversi motivi. Per cominciare, la luce può essere gestita in modalità remota, inoltre anziché collegare cavi elettrici alla membrana, una lampadina o un laser possono essere puntate a distanza direttamente sulla sua superficie, semplificando i dispositivi di controllo.

Un altro vantaggio è che il colore della luce che illumina la membrana può essere modificato con precisione e quasi istantaneamente. Altri metodi, come il riscaldamento e il raffreddamento, necessitano di un tempo relativamente lungo e ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento possono danneggiare la membrana senza preavviso.

L'effettto fotomeccanico del 4-butil-4'-metossiazobenzene (BMAB) viene utilizzato per la transizione di fase isoterma reversibile dei cristalli liquidi

Inoltre, il raggio luminoso non ha il potenziale per innescare un gas, il che potrebbe essere un vantaggio fondamentale quando si opera con idrogeno e altri gas infiammabili o addirittura esplosivi. Infine, la quantità di energia luminosa necessaria per attivare e disattivare la membrana, è solo una piccola frazione rispetto agli altri metodi.

La creazione della membrana è un processo in più stadi. In primo luogo, un chip circolare in plastica rigida viene bombardato con un fascio di neutroni per produrre i fori distanziati in modo uniforme, con un diametro di circa un centesimo di millimetro. Il chip viene poi immerso in una soluzione di cristalli liquidi e coloranti, e questa miscela si infiltra nei buchi attraverso un effetto capillare. Il prodotto finale viene quindi centrifugato per rimuovere il liquido e i cristalli in eccesso dalla superficie.

La membrana potrebbe essere utilizzata nella somministrazione controllata di farmaci e in alcuni processi industriali che richiedono la capacità di regolare il flusso di gas,  e naturalmente in molteplici applicazioni nella ricerca scientifica dove è indispensabile un’elevata precisione nel dosaggio di composti gassosi.

La notizia non sarà delle più entusiasmanti, tuttavia sembra essere un promettente sviluppo nella manipolazione di gas anche molto pericolosi, inoltre i cristalli liquidi mi hanno sempre affascinato!

Fonti: Comunicato stampa, Photoswitchable Gas Permeation Membranes
Based on Liquid Crystals

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