मेटामोर्फोसॉज़: फॉर्म की आणविक प्रोग्रामिंग

दुनिया में, सब कुछ कुछ कानूनों का पालन करता है। कई चीजें जो हमें घेरती हैं, हम अन्यथा कल्पना नहीं कर सकते। हमारे लिए, पानी हमेशा गीला रहता है, आग गर्म होती है, गेंद गोलाकार होती है, और घन घन होता है, चाहे वह कितना भी बचकाना लगे। लेकिन क्या ऐसा हमेशा होता है? वैसे, किसी भी वस्तु का आकार रासायनिक कानूनों और भौतिक दोनों के कारण है। लेकिन एक व्यक्ति हमेशा अपने आसपास की दुनिया को समायोजित करने का प्रयास करेगा, भले ही उसे प्राकृतिक विज्ञान के नियमों के साथ खेलना पड़े। आज बहुत ध्यान उपकरणों और उनके व्यक्तिगत तत्वों को कम करने के लिए भुगतान किया जाता है, जबकि उनके प्रदर्शन को बनाए रखने या बढ़ाने और बिजली की खपत को कम करने के लिए। हालांकि, ऐसे लोग हैं जो थोड़ा व्यापक सोचते हैं। आज हम उस सामग्री के अध्ययन से अवगत होंगे जो वैज्ञानिकों द्वारा निर्धारित कार्यक्रम के अनुसार अपना आकार बदल सकती है। यह किस तरह की सामग्री है, कौन से कारक इसके मेटामोर्फोस को प्रभावित करते हैं और प्रौद्योगिकी के भविष्य के लिए कितना महत्वपूर्ण है - इस बारे में हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट से सीखेंगे। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

शुरुआत के लिए, वैज्ञानिक बताते हैं कि पहले से ही तरल क्रिस्टलीय ( एलसी ) इलास्टोमर्स ( एलसीई ) हैं जो आपको बहुलक सामग्री के आकार को बदलने की अनुमति देते हैं। यह प्रक्रिया प्रतिवर्ती है, जो एक बड़ा प्लस भी है। हालांकि, यह तकनीक केवल बड़ी वस्तुओं के साथ काम करती है और इस प्रक्रिया पर पूर्ण नियंत्रण पाने के लिए गहन और अपरिवर्तनीय प्रोग्रामिंग की आवश्यकता होती है।

शोधकर्ताओं ने उनके प्रयोग के दिल में गतिशील सहसंयोजक रसायन ( DCC ) डाला। नमूना केवल तभी बदल जाता है जब और जहाँ photoinduced DCC तत्व सक्रिय होते हैं।

गतिशील सहसंयोजक रसायन शास्त्र - असतत आणविक तत्वों से जटिल सुपरमॉलेक्यूलर संरचनाओं के सिंथेटिक निर्माण के लिए तरीकों और तकनीकों का एक सेट।

इस प्रकार, नमूना को प्रोग्राम करने के लिए प्रोत्साहन के रूप में प्रकाश का उपयोग एक सक्रिय विनिमय बांड को सक्रिय करता है, जो एलसी के चरण व्यवहार के संबंध में ऑर्थोगोनल * है । यह LCE को किसी भी LC चरण या समस्थानिक चरण * के अनुकूल होने की अनुमति देता है।

ऑर्थोगोनलिटी * लिंकर्स की एक संपत्ति है (अणुओं के टुकड़े एक ठोस या तरल सब्सट्रेट में रासायनिक यौगिक को संलग्न करने के लिए जिम्मेदार हैं) जो उन्हें अणु के अन्य टुकड़ों को प्रभावित किए बिना हटाने, हटाने या संशोधित करने की अनुमति देता है।

आइसोट्रोपिक चरण * - इसमें गोलाकार मिसेल ** होते हैं, जो एक लिक्विड क्रिस्टल का आधार होते हैं और एक जलीय घोल के अंदर एक शरीर-केंद्रित क्यूबिक पैकेज पर स्थित होते हैं।

मिसेलस ** - एक कोलाइडल समाधान में सतह-सक्रिय पदार्थों के तत्वों का एक सेट, जिसमें कई एम्फीफिलिक (एक साथ हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक) अणु शामिल हैं।


एक उदाहरण के रूप में एक साधारण साबुन का उपयोग करके माइले गठन का वीडियो प्रदर्शन।

लेकिन यह वीडियो बहुत मज़ेदार है, हालाँकि, काफी जानकारीपूर्ण (विरोध नहीं कर सकता, इसलिए, इसे जोड़ा)

उपरोक्त सैद्धांतिक नींव ने शोधकर्ताओं को एक LCE बनाने की अनुमति दी, जिसका आकार स्थापित कार्यक्रम के अनुसार विपरीत रूप से बदलता है। इस तरह के परिणाम को प्राप्त करने के लिए, एक प्रारंभिक प्रभाव (थर्मल, यांत्रिक, रासायनिक, प्रकाश, आदि) नमूना पर लगाया जाना चाहिए।

प्रयोग और उसके परिणाम

नमूने का आधार लिक्विड क्रिस्टल ओलिगोमर्स था, जो कि पॉलिमर से भिन्न होता है, इन अणुओं की घटक इकाइयों की संख्या सीमित है। अनुलग्नक-विखंडन तंत्र ( AFT ) द्वारा प्रतिवर्ती श्रृंखला हस्तांतरण के साथ पोलीमराइजेशन की कुछ विशेषताओं को ओलिगोमर्स पर लागू किया गया था।


चित्र संख्या 1 ए

थिओल-माइकल के अतिरिक्त प्रतिक्रिया के लिए धन्यवाद, ऑलिगोमर्स में एलिल डिथिओल की शुरुआत के कारण आवश्यक कार्यात्मक की बजाय परेशानी मुक्त स्थापना प्रदान करना संभव था।

एलिल * एक हाइड्रोकार्बन रेडिकल है जिसमें हाइड्रोजन परमाणु को तीसरे कार्बन परमाणु से हटा दिया जाता है।

हिंसा * - अल्कोहल का सल्फर एनालॉग।

लगाव की यह विधि आपको "नियंत्रित" ऑलिगोमर्स बनाने, कहने की अनुमति देती है।



* Thiol monomer होने के नाते, allyl dithiol मेसोजेनिक डाइआक्रिलेट (RM82) और ग्लाइकॉल diacrylate (NPGDA) के साथ प्रतिक्रिया करता है, जो AFT फ़ंक्शन के साथ सहयोगी सल्फाइट युक्त ऑलिगोमर्स के गठन की ओर जाता है। अगला, कनेक्ट किए गए बहुलक श्रृंखलाओं के एक नेटवर्क में फोटोपॉलीमराइजेशन होता है।

मोनोमर * एक कम आणविक भार पदार्थ है जो एक बहुलक को एक बहुलककरण प्रतिक्रिया में बनाता है।

एक लिक्विड क्रिस्टल इलास्टोमेर एक लोचदार यौगिक है, लेकिन उपरोक्त विधियों के आवेदन के माध्यम से, यह एक विस्कोसिन द्रव * की तरह व्यवहार करना शुरू कर देता है।

Viscoelastic द्रव * - लोच के साथ एक पदार्थ, ठोस की तरह, और तरल पदार्थ की तरह प्रवाह की अपरिवर्तनीयता।

छवि # 1 बी

ऊपर की छवि में, हम देखते हैं कि एलसीई तत्वों ने यांत्रिक विस्थापन (प्रोग्रामिंग) और थर्मल विनाश (इरेज़र) के माध्यम से संरेखण के "संरेखण" और कैसे मिटाया। ये प्रक्रियाएं स्वाभाविक रूप से प्रकाश जोखिम (hv, 30 mW / cm ² , तरंग दैर्ध्य 320 से 500 एनएम) के साथ थीं।

ध्रुवीय ग्राफ (दाएं) फूरियर रूपांतरण के साथ अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के परिणाम प्रस्तुत करता है, जो प्रकाश के ध्रुवीकरण के विभिन्न कोणों पर सी - एच सुगंधित * नाभिक (3350 - 3300 सेमी ^-1 ) के अनुरूप होता है।

सुगंधित यौगिक * चक्रीय यौगिक हैं जिसमें असंतृप्त बंधों के संयुग्मित वलय असामान्य स्थिरता प्रदर्शित करते हैं।

मिउरा ओरी


चित्र संख्या 1s

चित्रा 1 सी एक थर्मामीटर प्रतिवर्ती फिल्म की प्रोग्रामिंग प्रक्रिया को दर्शाता है। एक मल्टीडोमेन पॉलिमर फिल्म 250 माइक्रोन मोटी को मिउरा-ओरी स्कीम के अनुसार मैन्युअल रूप से मोड़ा गया था, जिसके बाद यह प्रकाश (320 - 500 एनएम, 100 mW / सेमी ² ) और एक मामूली थर्मल (30 ° - 40 डिग्री सेल्सियस) के संपर्क में था। नतीजतन, जब उच्च तापमान के संपर्क में, फिल्म सामने आई और ठंडा होने के दौरान यह वापस मुड़ा।


एक फ्लैट फिल्म के आकार में परिवर्तन का प्रदर्शन एक मुड़ा हुआ और एक सर्कल में एक वर्ग (02:05 से)

इसी तरह के परिणाम बताते हैं कि एएफटी तत्वों का उपयोग आपको थर्मोसेटिंग और थर्मोप्लास्टिक गुणों को एक सामग्री में संयोजित करने की अनुमति देता है।

नमूने का एक समान आकार (मिउरा-ओरी) संयोग से नहीं चुना गया था। यह विकल्प सरल खिंचाव और संपीड़न की तुलना में बहुत अधिक जटिल है, और यह समझना संभव बनाता है कि पदार्थ की प्रोग्रामिंग कितनी कुशलता से काम करती है।



ऊपर की छवि अपने तत्वों को प्रोग्रामिंग करके नमूने के आकार को बदलने का एक सरल संस्करण दिखाती है। फ्लैट फिल्म ( ए ) को हाथ से एक सर्पिल ( बी ) में घुमाया गया और इसे 10 सेकंड के लिए 320- 500 एनएम के तरंग दैर्ध्य के साथ 50-100 mW / सेमी ² की रोशनी के साथ उजागर किया गया। एक सर्पिल नमूने को 100 ° C और प्रकाश के संपर्क में आने के साथ एक अन्य 10 को गर्म करके इसे अपने पिछले फ्लैट आकार ( C ) में लौटा दिया गया।

नतीजतन, एक आइसोट्रोपिक आकार जो किसी वस्तु को बढ़ते तापमान पर ले जाता है, प्राथमिक फोटोपॉइलाइज़ेशन के दौरान सेट किया जा सकता है। और एलसी-फॉर्म, जिसे ऑब्जेक्ट कमरे के तापमान (अतिरिक्त प्रकाश और थर्मल प्रभाव के बिना) पर ले जाता है, को एएफटी-तत्वों के आदान-प्रदान के माध्यम से क्रमादेशित किया जाता है।

वर्ग → वृत्त → वर्ग

उपरोक्त विधि का उपयोग नमूना वर्ग को गोल में बदलने के लिए भी किया गया था (अतिरंजित, क्योंकि वैज्ञानिकों की रिपोर्ट में कथन की आसानी के लिए नमूने की मात्रा को ध्यान में नहीं रखा गया है)।

जैसा कि ऊपर रोलर से देखा जा सकता है, स्क्वायर ब्लॉक का एक स्थिर आकार होता है जब यह अतिरिक्त थर्मल और प्रकाश विकिरण से प्रभावित नहीं होता है। जब तापमान 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो नमूना उस छेद के अनुसार आकार बदलता है जिसमें वह मूल आकार के साथ नहीं गुजर सकता था।

विभिन्न तापमानों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने इस आशय की एक अलग प्रतिक्रिया पाई। इसलिए, 120 ° C के तापमान पर नमूने की प्रोग्रामिंग करते समय, बहुलक एलसी चरण में एकल डोमेन को आत्मसात करता है और लगभग पूरी तरह से आइसोट्रोपिक चरण में लागू विरूपण से मेल खाता है। 25 और 67 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एलसी चरण में क्रमादेशित एक नमूना ने दिखाया कि आइसोट्रोपिक चरण में व्यावहारिक रूप से कोई प्रोग्राम विकृत नहीं है। दूसरे शब्दों में, ऐसे तापमान पर नमूने ने वांछित आकार नहीं लिया। यदि प्रोग्रामिंग तापमान चरण संक्रमण तापमान (80 डिग्री सेल्सियस) से अधिक है, तो नमूना के पूरे नेटवर्क पर एक समान रूप से वितरित वोल्टेज मनाया जाता है, परिणामस्वरूप, नमूना के पूरे क्षेत्र में समान छूट भी होती है। इस प्रकार, परीक्षण और त्रुटि के माध्यम से, पदार्थ के रूप की प्रोग्रामिंग के लिए इष्टतम तापमान (अनुसंधान के इस चरण में) की स्थापना की गई थी।

शोधकर्ताओं ने सभी को अपने काम से परिचित कराने के लिए एक रिपोर्ट प्रदान की है।

साथ ही इसके लिए अतिरिक्त सामग्री।

उपसंहार

वैज्ञानिकों के अनुसार, उनका काम आपको विभिन्न पदार्थों के अंदर होने वाली कुछ प्रक्रियाओं की गहरी समझ हासिल करने की अनुमति देता है। बाहरी कारक के रूप में प्रकाश का उपयोग नमूना के आकार की प्रोग्रामिंग की प्रक्रिया पर स्थानिक और लौकिक नियंत्रण देता है।

वैज्ञानिकों ने एक फोटोपॉलेमराइज़ेबल, थर्मो-रिवर्सेबल मटीरियल बनाने में कामयाबी हासिल की है, जिसे मैकेनिकल, लाइट और थर्मल इफेक्ट्स का इस्तेमाल करके बार-बार प्रोग्राम किया जा सकता है। नमूने की आणविक संरचना में बदलाव ने इसे सार्वभौमिक बनाना संभव बना दिया - एक नमूना किसी व्यक्ति द्वारा दिए गए लगभग किसी भी रूप को ले सकता है।

भविष्य में, वैज्ञानिक अपने शोध को जारी रखेंगे, क्योंकि उन्हें अभी तक प्रोग्रामिंग प्रक्रिया में सुधार करना है, साथ ही प्रोग्रामिंग प्रक्रिया में नमूने को प्रभावित करने के नए, संभवतः अधिक प्रभावी तरीकों की खोज जारी रखना है।

नमूने के आकार को बदलने की क्षमता, या इसे हेरफेर करने के लिए, मानव जीवन के सबसे विविध क्षेत्रों के लिए उपकरणों को बनाने में नई संभावनाओं को खोलता है: दवा और सेना से कंप्यूटर और अंतरिक्ष प्रौद्योगिकियों तक।

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