超高速レーザーを用いたヤヌスフォームを用いた水中CO気泡の一方向輸送と効率的な回収

Unidirectional Transport and Effective Collection of Underwater CO Bubbles Utilizing Ultrafast-Laser-Ablated Janus Foam.

• Suwan Zhu
• Jiawen Li
• Shengwen Cai
• Yucheng Bian
• Chao Chen
• Bing Xu
• Yahui Su
• Yanlei Hu
• Dong Wu
• Jiaru Chu

抄録

水処理、ガス回収、物質輸送などの分野では、水環境中の気泡を操作することが非常に重要である。本研究では、超疎水化処理を施した銅膜の片面を超高速レーザーアブレーションすることにより、ヤヌスフォームの一種であるヤヌスフォームを設計・作製した。その結果、ヤヌスフォームは水中の気泡を一方向に輸送できるだけでなく、最大15mL cm分のガス回収が可能であることを明らかにした。その基礎となる物理的メカニズムは、気泡に課せられた浮力、付着力、および湿潤勾配力の協力に起因しています。一方向性COガス流とアルカリ性フェノールフタレイン溶液との間の水中化学反応を、ヤヌスフォームを介してパラダイムとして実証した。ヤヌスフォームのこの簡便で低コストな製造方法は、効果的な気泡輸送、炭素捕捉、水性条件下での制御可能な化学反応などの幅広い応用が期待される。

Manipulating gas bubbles in aqueous ambient is of great importance for applications in water treatment, gas collection, and matter transport. Here, a kind of Janus foam is designed and fabricated by one-step ultrafast laser ablation of one side of the copper film, which is treated to be superhydrophobic. Janus foam exhibits not only the capability of unidirectional transport of underwater bubbles but also gas collection with favorable efficiency up to ∼15 mL cm min. The underlying physical mechanism is attributed to the cooperation of the buoyancy, adhesion, and wetting gradient forces imposed on the bubbles. As a paradigm, the underwater chemical reaction between the unidirectional CO gas flow and the alkaline phenolphthalein solution is demonstrated via Janus foam. This facile and low-cost fabrication approach for Janus foam will find broad potential applications in effective bubble transport, carbon capture, and controllable chemical reactions under aqueous conditions.