في العالم ، كل شيء يخضع لقوانين معينة. أشياء كثيرة تحيط بنا ، لا يمكننا أن نتخيل خلاف ذلك. بالنسبة لنا ، الماء دائمًا رطب ، والنار ساخنة ، والكرة كروية ، والمكعب مكعب ، بغض النظر عن مدى طفولته. ولكن هل هذا هو الحال دائما؟ بالمناسبة ، شكل أي شيء يرجع إلى كل من القوانين الكيميائية والقوانين الفيزيائية. لكن الشخص سيسعى دائمًا لتعديل العالم من حوله ، حتى لو كان عليه أن يلعب مع قوانين العلوم الطبيعية. يتم إيلاء الكثير من الاهتمام اليوم لتقليل الأجهزة وعناصرها الفردية ، مع الحفاظ على أدائها أو زيادته وتقليل استهلاك الطاقة. ومع ذلك ، هناك أولئك الذين يعتقدون أوسع قليلا. اليوم سنتعرف على دراسة المواد التي يمكن أن تغير شكلها وفقًا للبرنامج الذي وضعه العلماء. أي نوع من المواد هو ، ما هي العوامل التي تؤثر على تحولاتها ومدى أهميتها لمستقبل التكنولوجيا - سنتعرف على ذلك من تقرير مجموعة البحث. دعنا نذهب.
أساس الدراسةبالنسبة للمبتدئين ، يشير العلماء إلى وجود المطاط الصناعي البلوري السائل (
LC ) بالفعل الذي يسمح لك بتغيير شكل مادة البوليمر. هذه العملية قابلة للعكس ، وهي أيضًا إضافة كبيرة. ومع ذلك ، فإن هذه التكنولوجيا تعمل فقط مع الكائنات الكبيرة وتتطلب برمجة مكثفة ولا رجعة فيها من أجل الحصول على السيطرة الكاملة على العملية.
وضع الباحثون
الكيمياء التساهمية الديناميكية * (
DCC ) في قلب تجربتهم. غيرت العينة شكلها فقط إذا تم تنشيط عناصر DCC التي تعمل بالضوء.
الكيمياء التساهمية الديناميكية * - مجموعة من الأساليب والتقنيات للإنشاء الاصطناعي للهياكل فوق الجزيئية المعقدة من العناصر الجزيئية المنفصلة.
وبالتالي ، فإن استخدام الضوء كحافز لبرمجة عينة ينشط التبادل الديناميكي للسندات ، وهو أمر
متعامد * فيما يتعلق بسلوك المرحلة من LC. يسمح هذا LCE للتكيف مع أي مرحلة LC أو حتى
المرحلة المتناحية * .
التعامد * هو خاصية للارتباطات (أجزاء من الجزيئات المسؤولة عن إرفاق مركب كيميائي بركيزة صلبة أو سائلة) ، والتي تسمح بإزالتها أو إزالتها أو تعديلها دون التأثير على أجزاء أخرى من الجزيء.
المرحلة المتناحية * - تتكون من micelles كروية ** ، والتي هي أساس بلورة سائلة وتقع على عبوة مكعبة محورها الجسم داخل محلول مائي.
Micelles ** - مجموعة من عناصر المواد النشطة على السطح في محلول غرواني ، تتكون من العديد من الجزيئات الأمفيفية (محبة للماء وكارهة للماء).
عرض فيديو لتشكيل micelle باستخدام صابون بسيط كمثال.
لكن هذا الفيديو مضحك للغاية ، إلا أنه غني بالمعلومات تمامًا (لذلك لا يمكن أن يقاوم ، لذلك أضافه)
سمحت الأسس النظرية المذكورة أعلاه للباحثين بإنشاء LCE يتغير شكله بشكل عكسي وفقًا للبرنامج المعمول به. لتحقيق مثل هذه النتيجة ، يجب إجراء تأثير أولي (حراري ، ميكانيكي ، كيميائي ، ضوء ، إلخ) على العينة.
التجربة ونتائجهاكانت قاعدة العينة عبارة عن أوليغومرات بلورية سائلة ، والتي تختلف عن البوليمرات في أن عدد الوحدات المكونة لهذه الجزيئات محدود. تم تطبيق بعض ميزات البلمرة مع نقل سلسلة عكسية بواسطة آلية التعلق - التجزئة (
AFT ) على الأوليغومرات.
الصورة رقم 1 أبفضل رد فعل إضافة thiol-Michael ، كان من الممكن توفير تثبيت خالٍ من المتاعب للوظائف الوظيفية الضرورية بسبب إدخال ثنائيات الأليل في oligomers.
Allyl * هو جذر هيدروكربوني يتم فيه إزالة ذرة الهيدروجين من ذرة الكربون الثالثة.
Thiols * - نظير الكبريت للكحول.
تسمح لك طريقة التعلق هذه بإنشاء ، على سبيل المثال ، أوليغومرات "مسيطر عليها".
كونه
مونومر ثيول ، يتفاعل ثنائيات الأليل مع ثنائي أكريليت الميوزينيك (RM82) وجليكول دياكريلات (NPGDA) ، مما يؤدي إلى تكوين أوليغومرات تحتوي على سلفيت الأليل مع وظيفة AFT. بعد ذلك ، تحدث البلمرة الضوئية في شبكة من سلاسل البوليمر المتصلة.
مونومر * مادة منخفضة الوزن الجزيئي تشكل بوليمر في تفاعل البلمرة.
المطاط الصناعي البلوري السائل هو مركب مرن ، ولكن من خلال تطبيق الطرق المذكورة أعلاه ، يبدأ في التصرف مثل
السائل اللزج * .
سائل لزج مرن * - مادة ذات مرونة ، مثل المواد الصلبة ، ولا رجعة في التدفق ، مثل السوائل.
الصورة رقم 1 بفي الصورة أعلاه ، نرى كيف خضعت عناصر LCE للمحاذاة و "المحو" للمحاذاة من خلال الإزاحة الميكانيكية (البرمجة) والتدمير الحراري (المحو). كانت هذه العمليات مصحوبة بشكل طبيعي بالتعرض للضوء (hv ، 30 mW / cm
2 ، الطول الموجي من 320 إلى 500 nm).
يعرض الرسم البياني القطبي (على اليمين) نتائج التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء مع تحويل فورييه ، الذي يتوافق مع نواة C - H
العطرية (3350 - 3300 سم
-1 ) في زوايا مختلفة من استقطاب الضوء.
المركبات العطرية * هي مركبات دورية تظهر فيها الحلقات المترافقة للروابط غير المشبعة استقرارًا غير طبيعي.
ميورا أوري
الصورة رقم 1sيوضح الشكل
1 ج عملية برمجة فيلم عكوس حراريًا. تم طي فيلم بوليمر متعدد المجالات بسماكة 250 ميكرومتر يدويًا وفقًا لمخطط Miura-ori ، وبعد ذلك تعرض للضوء (320-500 نانومتر ، 100 ميغاواط / سم
2 ) وحرارة طفيفة (30 درجة - 40 درجة مئوية). ونتيجة لذلك ، عند تعرضه لدرجات حرارة عالية ، تكشفت الأغشية ، وأثناء تبريده طوى للخلف.
توضيح التغيير في شكل فيلم مسطح إلى فيلم مطوي ومربع في دائرة (من 02:05)تشير النتائج المتشابهة إلى أن استخدام عناصر AFT يسمح لك بدمج الخصائص بالحرارة والبلاستيك الحراري في مادة واحدة.
لم يتم اختيار شكل مماثل للعينة (Miura-ori) عن طريق الصدفة. هذا الخيار أكثر تعقيدًا من التمدد والضغط البسيط ، ويجعل من الممكن فهم مدى كفاءة برمجة المادة.
تُظهر الصورة أعلاه نسخة مبسطة من تغيير شكل العينة من خلال برمجة عناصرها. تم لف الفيلم المسطح (
A ) في شكل لولبي (
B ) يدويًا وتعرض له لمدة 10 ثوانٍ مع ضوء 50-100 ميجاوات / سم
2 بطول موجة 320-500 نانومتر. تسخين عينة لولبية إلى 100 درجة مئوية و 10 أخرى مع التعرض للضوء أعادتها إلى شكلها السابق المسطح (
C ).
ونتيجة لذلك ، يمكن ضبط الشكل المتناحي الذي يأخذه الجسم على درجة حرارة متزايدة أثناء البلمرة الضوئية الأولية. ويتم برمجة شكل LC ، الذي يأخذه الجسم في درجة حرارة الغرفة (بدون تأثيرات ضوئية وحرارية إضافية) ، من خلال تبادل عناصر AFT.
مربع → دائرة → مربعتم استخدام الطريقة المذكورة أعلاه أيضًا لتغيير مربع العينة إلى مستدير (مبالغ فيه ، لأن حجم العينة لسهولة السرد في تقرير العلماء لا يؤخذ في الاعتبار).
كما يمكن رؤيته من الأسطوانة أعلاه ، فإن الكتلة المربعة لها شكل مستقر عندما لا تتأثر بإشعاع حراري وضوء إضافي. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 100 درجة مئوية ، يتغير شكل العينة وفقًا للفتحة التي لا يمكن أن تمر فيها بالشكل الأصلي.
باستخدام درجات حرارة مختلفة ، وجد الباحثون رد فعل مختلف لهذا التأثير. لذلك ، أثناء برمجة العينة عند درجة حرارة 120 درجة مئوية ، يستوعب البوليمر المجال الفردي في مرحلة LC ويتوافق تمامًا تقريبًا مع التشوه المطبق في المرحلة المتناحية. أظهرت عينة مبرمجة في مرحلة LC عند درجات حرارة 25 و 67 درجة مئوية عمليا عدم وجود تشوه مبرمج في المرحلة المتناحية. وبعبارة أخرى ، في مثل درجات الحرارة هذه ، لم تأخذ العينة الشكل المطلوب. إذا كانت درجة حرارة البرمجة أعلى من درجة حرارة المرحلة الانتقالية (80 درجة مئوية) ، عندئذٍ لوحظ جهد موزع بشكل موحد للغاية على شبكة العينة بأكملها ، ونتيجة لذلك ، يحدث استرخاء موحد أيضًا على كامل مساحة العينة. وهكذا ، من خلال التجربة والخطأ ، تم تحديد درجة الحرارة المثلى (في هذه المرحلة من البحث) لبرمجة شكل المادة.
قدم الباحثون تقريرًا للجميع للتعرف على عملهم.وكذلك مواد إضافية لها.الخاتمةوفقًا للعلماء ، يسمح لك عملهم بتحقيق فهم أعمق لبعض العمليات التي تحدث داخل المواد المختلفة. إن استخدام الضوء كعامل خارجي يعطي تحكمًا مكانيًا وزمنيًا في عملية برمجة شكل العينة.
تمكن العلماء من إنشاء مادة قابلة للبلمرة ضوئيًا وقابلة للعكس الحراري يمكن برمجتها بشكل متكرر باستخدام تأثيرات ميكانيكية وخفيفة وحرارية. جعل التغيير في البنية الجزيئية للعينة من الممكن جعلها عالمية - يمكن للعينة أن تأخذ أي شكل تقريبًا يعطيه الشخص.
في المستقبل ، سيواصل العلماء أبحاثهم ، حيث أنهم لم يقوموا بعد بتحسين عملية البرمجة نفسها ، وكذلك مواصلة البحث عن طرق جديدة ، ربما أكثر فعالية ، للتأثير على العينة في عملية البرمجة.
إن القدرة على تغيير شكل العينة ، أو بالأحرى معالجتها ، تفتح إمكانيات جديدة في إنشاء أجهزة لأكثر مجالات الحياة البشرية تنوعًا: من الطب والجيش إلى تقنيات الكمبيوتر والفضاء.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجابايت DDR4).
3 أشهر مجانًا عند الدفع مقابل Dell R630 جديد لمدة ستة أشهر -
2 x Intel Deca-Core Xeon E5-2630 v4 / 128GB DDR4 / 4x1TB HDD أو 2x240GB SSD / 1Gbps 10 TB - من 99.33 دولارًا في الشهر ، حتى نهاية أغسطس فقط ،
اطلب يمكن أن يكون
هنا .
ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟