Gjennom å designe dråper ved hjelp av leire og litt salt i vannet har forskere utvidet fysikkens naturlige muligheter. Dette kan trolig brukes til alt fra å lage sminke og mat - til å øke oljeutvinning.
Du har sett saus eller majones som skiller seg, eller opplevd at et klissent lag med olje legger seg på toppen av hudkremen. Oljen og vannet skiller seg.
Det er nemlig hardt arbeid å holde vanndråper eller oljedråper stabile, i et materiale som kalles en emulsjon.
Da brukes hjelpestoffer, emulgatorer, for å hjelpe prosessen. Både i mat, medisin og i forbindelse med økt oljeutvinning er dette vanlig utfordringer.
I oljebransjen har de også den motsatte utfordringen – når den produserte oljen effektivt skal skilles fra vannet.
- Mener de har knekt koden for å bore ekstremt langt: En «tunnelboremaskin» for oljebrønner
Elektrisitet – nå leire og salt
Designer dråper med pupiller – slik beskrev Gemini fysiker Jon Otto Fossum ved NTNU sitt tidligere funn. Det handlet også om emulsjoner.
Fossum kontrollerte da hvordan dråper i olje oppfører seg ved hjelp av elektrisitet. Resultatene ble publisert i det anerkjente Nature Communications.
Nå har han fordypet seg i leire og salt – også denne gangen helt ned på nanonivå.
Disse resultatene kom også gjennom nåløyet hos Nature, og ble publisert i dag i en online, open access tidsskrift fra utgiverne av Nature: Transition from glass- to gel-like states in clay at a liquid interface.
Fossum ledet prosjektet som var et samarbeid mellom norske og brasilianske forskere.
Gruppen studerte overgangen mellom forskjellige typer nanostrukturer av leire rundt en oljedråpe i vann. Dette gjorde de gjennom å finjustere saltinnholdet i vannet rundt dråpen.
- Med denne teknologien kan de bore hurtigere, lengre og dypere: På en lønnsom måte
Med salt dannes leiregel
Funnet bygger på to kjente egenskaper til leire i vann. Leirepartikler frastøter hverandre i vann som ikke inneholder salt. Dette medfører at i vann uten salt danner leiren nanostrukturer, hvor leirpartiklene strukturerer seg som i glassmaterialer.
Hvis det er salt i vannet oppfører leiren seg annerledes. I saltvann danner ikke leirepartiklene glasslignende strukturer, men de tiltrekkes hverandre og danner i stedet for såkalte geler, som består av nanonettverk av aggregerte leirepartikler.
– Det er mulig å designe en mikrometer tynn leiregel på en oljedråpe i vann ved å finjustere saltinnholdet i vannet rundt oljedråpen, sier Fossum.
Dette er det ingen som har observert direkte før. Det er dermed mulig å kontrollere den mekaniske styrken til en gel rundt en oljedråpe.
- BI-forsker ber oljebransjen endre seg: Oljebransjen ber forskeren dra til Sverige for å telle elbiler
Mer olje, lenger holdbarhet på mat
Dette kan for eksempel brukes til å øke mengden av olje utvunnet fra oljereservoarer. Det kan også forbedre levetiden for spesifikke matvarer, eller for eksempel for bruk i medisiner eller kosmetikk.
Det internasjonale teamet bak forskningen er fra NTNU, Pontifica Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio), og Universidade de São Paulo (USP). Dette er to av Latin-Amerikas ypperste universiteter.
Det tverrfaglige nettverket består av fysikere fra NTNU, ledet av Fossum, hydromekanikere fra PUC-Rio, ledet av Marcio S. Carvalho og kjemikere fra USP, ledet av Koiti Araki.
Finansiering for arbeidet kom fra Norges Forskningsråd (NFR), Norsk senter for internasjonalisering av utdanning (SIU), de brasilianske organisasjonene CNPq og CAPES.
