Sprehajanje v električnem polju

Saša Novak
30. junij 2014

Strmimo v čašo z belo tekočino, v katero sta potopljeni elektrodi. Pozorno oko opazi rahlo valovanje med njima in ob elektrodi, s katere pelje kabel z oznako (-), je opaziti drobne mehurčke. Tudi ob drugi, vendar jih je tam manj. Številka na monitorju se počasi znižuje, čas se izteka, napetost raste (pa ne tista v voltih). Marko dvigne elektrodi in zasliši se glasove zadovoljstva. Na pozitivni elektrodi se je nabral debel depozit nekoliko hruškaste oblike. Ja, mama Zemlja vleče delce k sebi in je pri tem močnejša od privlačne sile, s katero privablja delce nasprotno nabita elektroda. Ampak to velja samo za tiste malo večje in malo težje. »Malčki«, nanodelci, se maminemu klico kar dobro upirajo.

Že nekaj časa sem razmišljala, kako bi se dalo potovanje delcev v električnem polju med elektrodama v suspenziji opazovati bolj nesposredno. Takole v čaši ne vidimo nič, rezultat se pokaže šele, ko je poskus končan. Včasih depozit sploh ne nastane, spet drugič ga ni na elektrodi, ampak ga najdemo na dnu čaše, najlepše pa je seveda, ko »pridelamo« takle debel depozit (na sliki spodaj). In tako sva se z Markotom lotila izdelave celice, ki sva jo vtaknila pod stereomikroskop, ki naj bi pomagal opazovati delce med potovanjem. Težava našega mikroskopa je, da ima binokular, kar pomeni prostor za le dvoje oči. Zelo pogost pojav pri tem pa je, da te oči pošiljajo nesramno provokantne signale skozi usta opazovalca, brez možnosti za prevajanje v vidni signal, ki bi ga lahko posredoval drugemu eksperimentatorju. Daj, pokaži že, kaj se vidi!

Izmenično sva poskušala, ampak precej dolgo ni bilo posebne nestrpnosti čakajočega na ogled in nobenih posebnih zvočnih signalov s strani sedečega pri mikroskopu. Če je bil razmak med dvema objektnima stekelcema prevelik, je bil film tekočine z delci predebel in delci niso bili dobro vidni. Majhen razmak pa je bilo težko doseči, ker morata biti med stekelcema tudi elektrodi in v ta namen sva uporabila tanki žički. Škoda je razlagati, kaj vse sta počeli žički med stekelcema, vsekakor mi lahko verjamete, da nista bili ravno pri miru in na svojem predvidenem mestu. Še posebno težko je bilo na žički pritrditi kontakt.

Nekajkrat sva razstavila in ponovno sestavila celico, vmes pa raziskovala vsebino predalov in omar po laboratoriju, obupavala in ponovno poskušala. Potem je nekdo (je bila Tina?) prinesel tanko bakreno folijo, ki je bila za povrhu še samolepilna. To!! Zdaj je bilo treba samo še nastavit razdaljo med folijama, ki sta hkrati določali debelino filma in omogočili enostavnejšo pritrditev krokodilčkov. V režo med folijama sva od strani kanila suspenzijo in priključila na napajalnik.

Rezultat je bil glasen. Vzela sem si pravico biti prva, Marko pa je na moj znak poskušal dogajanje ujeti v kamero mikroskopa. Ja, prav lepo sva sprehodila delce od ene elektrode k drugi in potem nazaj.

Dolgujem še pojasnilo: suspenzija je vsebovala 10-mikronske delce polimera polieter-eter-ketona (PEEK) v vodi. Po naravi so delci PEEK-a hidrofobni (odbijajo vodo) in plavajo na vodi, z dodatkom nekaj kapljic površinsko aktivne snovi pa se njihovo obnašanje spremeni in čisto enostavno jih je mogoče homogeno vmešati v vodo. Ker ob tem na površini tudi dobijo električni naboj, v našem primeru negativnega, jih privlači pozitivna elektroda, kjer se pri zmernem toku naberejo precej hitro.

Zakaj bi to bilo uporabno? Če bi kot elektrodo uporabili električno prevodno (npr. kovinsko) podlago, ki bi jo hoteli obleči s polimerno prevleko, bi ta nastala zelo hitro, v minuti, in v enakomerno debelem sloju. V suspenzijo bi lahko vmešali tudi druge poljubne delce, na primer trde delce aluminijevega oksida, ogljikove nanodelce ali delce grafena, ki bi povečali obrabno odpornost sloja ali pa znižali trenje. Lahko bi tudi naredili masivne izdelke poljubne kompleksne oblike. V vsakem primeru bi bila seveda na koncu potrebna še termična obdelava, da bi se delci spojili v gost in trden sklad.

In še stavek o PEEK-u. Je eden izmed najbolj zanimivih inženirskih polimerov, saj ima prav posebne mehanske lastnosti. Zato je tudi vse bolj pogosta njegova uporaba v raznih strukturnih delih, pa tudi vsadkih.

Saša Novak je doktorica kemije, raziskovalka na IJS, izredna profesorica na MPŠ, koordinatorka ZnC, podpredsednica združenja SATENA. Raziskovalno področje: razvoj novih materialov za uporabo v biomedicini in v najbolj vročih delih bodočih fuzijskih reaktorjev. V nenehnem srečevanju z izzivi. Če se ne pojavijo sami, jih poišče. Najljubše stanje: vznemirjenje, najljubše okolje: bližina laboratorija in računalnika. Verjame v zdravilno moč pohodništva in dobrega spanja. Doma na okenski polici zbira različne mini “elektrarne”, ki se zavrtijo, ko posije sonce, nastane v sobi prepih ali ko zaveje topel piš od radiatorja. Modelček fuzijske ji še manjka.