Di dunia, semuanya mematuhi hukum tertentu. Banyak hal yang mengelilingi kita, tidak bisa kita bayangkan sebaliknya. Bagi kami, air selalu basah, apinya panas, bola itu bulat, dan kubusnya kubik, tidak peduli seberapa kekanak-kanakan terdengar. Tetapi apakah ini selalu demikian? Omong-omong, bentuk benda apa pun adalah karena hukum kimia dan fisika. Tetapi seseorang akan selalu berusaha untuk menyesuaikan dunia di sekitarnya, bahkan jika ia harus bermain dengan hukum ilmu pengetahuan alam. Banyak perhatian hari ini diberikan untuk meminimalkan perangkat dan elemen masing-masing, sambil mempertahankan atau meningkatkan kinerja mereka dan mengurangi konsumsi daya. Namun, ada juga yang berpikir sedikit lebih luas. Hari ini kita akan mengenal studi bahan yang dapat mengubah bentuknya sesuai dengan program yang ditetapkan oleh para ilmuwan. Materi apa itu, faktor apa yang memengaruhi metamorfosisnya dan betapa pentingnya hal itu bagi masa depan teknologi - kita akan belajar tentang hal ini dari laporan kelompok riset. Ayo pergi.
Dasar studiSebagai permulaan, para ilmuwan menunjukkan bahwa sudah ada elastomer cair kristal (
LC ) yang memungkinkan Anda untuk mengubah bentuk bahan polimer. Proses ini bersifat reversibel, yang juga merupakan nilai tambah besar. Namun, teknologi ini hanya bekerja dengan objek besar dan membutuhkan pemrograman intensif dan ireversibel untuk mendapatkan kontrol penuh atas proses.
Para peneliti menempatkan
kimia kovalen dinamis * (
DCC ) di jantung percobaan mereka. Sampel berubah bentuk hanya jika dan di mana elemen DCC yang diinduksi foto diaktifkan.
Kimia kovalen dinamis * - seperangkat metode dan teknik untuk pembuatan sintetis struktur supramolekul kompleks dari elemen molekuler diskrit.
Dengan demikian, penggunaan cahaya sebagai insentif untuk memprogram sampel mengaktifkan pertukaran dinamis obligasi, yang
ortogonal * sehubungan dengan perilaku fase LC. Ini memungkinkan LCE untuk beradaptasi dengan fase LC apa pun atau bahkan
fase isotropik * .
Orthogonality * adalah properti penghubung (fragmen molekul yang bertanggung jawab untuk menempelkan senyawa kimia ke substrat padat atau cair), yang memungkinkannya untuk dihilangkan, dihilangkan atau dimodifikasi tanpa memengaruhi fragmen lain dari molekul.
Fase isotropik * - terdiri dari misel bulat ** , yang merupakan dasar kristal cair dan terletak pada paket kubik berpusat pada tubuh di dalam larutan berair.
Misel ** - seperangkat unsur zat permukaan-aktif dalam larutan koloid, yang terdiri dari banyak molekul amfifilik (simultan hidrofilik dan hidrofob).
Contoh video pembentukan misel menggunakan sabun sederhana sebagai contoh.
Tapi video ini sangat lucu, namun sangat informatif (tidak bisa menahan, oleh karena itu, menambahkannya)
Fondasi teoritis di atas memungkinkan para peneliti untuk membuat LCE yang bentuknya berubah secara reversibel sesuai dengan program yang telah dibuat. Untuk mencapai hasil seperti itu, efek pendahuluan (termal, mekanik, kimia, cahaya, dll.) Harus diberikan pada sampel.
Eksperimen dan hasilnyaBasis sampel adalah oligomer kristal cair, yang berbeda dari polimer karena jumlah unit komponen molekul ini terbatas. Beberapa fitur polimerisasi dengan transfer rantai reversibel oleh mekanisme attachment-fragmentation (
AFT ) diterapkan pada oligomer.
Gambar No. 1aBerkat reaksi adisi thiol-Michael, adalah mungkin untuk menyediakan instalasi yang agak bebas masalah dari fungsional yang diperlukan karena pengenalan allyl dithiols ke dalam oligomer.
Allyl * adalah radikal hidrokarbon di mana atom hidrogen dihilangkan dari atom karbon ketiga.
Tiol * - analog sulfur alkohol.
Metode lampiran ini memungkinkan Anda membuat, katakanlah, oligomer yang "dikendalikan".
Menjadi
monomer tiol
* , diliol allil bereaksi dengan diacrylate mesogenik (RM82) dan glikol diacrylate (NPGDA), yang mengarah pada pembentukan oligomer yang mengandung allyl sulfite dengan fungsi AFT. Selanjutnya, terjadi fotopolimerisasi ke dalam jaringan rantai polimer yang terhubung.
Monomer * adalah zat dengan berat molekul rendah yang membentuk polimer dalam reaksi polimerisasi.
Elastomer kristal cair adalah senyawa elastis, tetapi melalui penerapan metode di atas, ia mulai berperilaku seperti
cairan viskoelastik * .
Cairan viskoelastik * - zat dengan elastisitas, seperti padatan, dan aliran yang tidak dapat dibalikkan, seperti cairan.
Gambar # 1bPada gambar di atas, kita melihat bagaimana elemen LCE menjalani penyelarasan dan "penghapusan" penyelarasan melalui perpindahan mekanis (pemrograman) dan penghancuran termal (penghapusan). Proses-proses ini secara alami disertai oleh paparan cahaya (hv, 30 mW / cm
2 , panjang gelombang 320 hingga 500 nm).
Grafik kutub (kanan) menyajikan hasil spektroskopi inframerah dengan transformasi Fourier, yang sesuai dengan inti
aromatik * C - H (3350 - 3300 cm
-1 ) pada berbagai sudut polarisasi cahaya.
Senyawa aromatik * adalah senyawa siklik di mana cincin terkonjugasi dari ikatan tak jenuh menunjukkan stabilitas abnormal.
Miura Ori
Gambar No. 1sGambar
1c menunjukkan proses pemrograman film termal reversibel. Sebuah film polimer multi-domain setebal 250 μm secara manual dilipat menurut skema Miura-ori, setelah itu terkena cahaya (320 - 500 nm, 100 mW / cm
2 ) dan sedikit termal (30 ° - 40 ° C). Akibatnya, ketika terkena suhu tinggi, film dibuka, dan selama pendinginan dilipat kembali.
Peragaan perubahan bentuk film datar menjadi film terlipat dan kotak dalam lingkaran (mulai 02:05)Hasil serupa menunjukkan bahwa penggunaan elemen AFT memungkinkan Anda untuk menggabungkan sifat thermosetting dan termoplastik dalam satu bahan.
Bentuk sampel yang serupa (Miura-ori) tidak dipilih secara kebetulan. Opsi ini jauh lebih rumit daripada peregangan dan kompresi sederhana, dan memungkinkan untuk memahami seberapa efisien pemrograman zat bekerja.
Gambar di atas menunjukkan versi yang disederhanakan dari mengubah bentuk sampel dengan memprogram elemen-elemennya. Film datar (
A ) dipelintir menjadi spiral (
B ) dengan tangan dan dipaparkan selama 10 detik dengan cahaya 50-100 mW / cm
2 dengan panjang gelombang 320 - 500 nm. Pemanasan sampel spiral hingga 100 ° C dan 10 sampel lainnya dengan paparan cahaya mengembalikannya ke bentuk rata sebelumnya (
C ).
Sebagai hasilnya, bentuk isotropik yang diambil benda pada peningkatan suhu dapat diatur selama fotopolimerisasi primer. Dan bentuk-LC, yang diambil objek pada suhu kamar (tanpa efek cahaya dan termal tambahan), diprogram melalui pertukaran elemen-elemen AFT.
Kotak → Lingkaran → KotakMetode di atas juga digunakan untuk mengubah kuadrat sampel menjadi bulat (berlebihan, karena volume sampel untuk kemudahan narasi dalam laporan ilmuwan tidak diperhitungkan).
Seperti yang dapat dilihat dari roller di atas, blok persegi memiliki bentuk yang stabil ketika tidak dipengaruhi oleh radiasi termal dan cahaya tambahan. Ketika suhu naik hingga 100 ° C, sampel berubah bentuk sesuai dengan lubang yang tidak bisa dilewati dengan bentuk aslinya.
Menggunakan suhu yang berbeda, para peneliti menemukan reaksi berbeda terhadap efek ini. Jadi, ketika memprogram sampel pada suhu 120 ° C, polimer mengasimilasi domain tunggal dalam fase LC dan hampir sepenuhnya sesuai dengan deformasi yang diterapkan pada fase isotropik. Sampel yang diprogram dalam fase LC pada suhu 25 dan 67 ° C menunjukkan praktis tidak ada deformasi terprogram dalam fase isotropik. Dengan kata lain, pada suhu seperti itu sampel tidak mengambil bentuk yang diinginkan. Jika suhu pemrograman lebih tinggi dari suhu transisi fase (80 ° C), maka tegangan yang terdistribusi secara merata diamati di seluruh jaringan sampel, sebagai akibatnya, relaksasi yang seragam juga terjadi di seluruh area sampel. Dengan demikian, melalui trial and error, suhu optimal (pada tahap penelitian ini) ditetapkan untuk pemrograman bentuk zat.
Para peneliti telah memberikan laporan bagi semua orang untuk berkenalan dengan pekerjaan mereka.Serta bahan tambahan untuk itu.EpilogMenurut para ilmuwan, pekerjaan mereka memungkinkan Anda untuk mencapai pemahaman yang lebih dalam tentang proses tertentu yang terjadi di dalam berbagai zat. Penggunaan cahaya sebagai faktor eksternal memberikan kontrol spasial dan temporal atas proses pemrograman bentuk sampel.
Para ilmuwan telah berhasil membuat bahan termo-reversibel yang dapat difimer-polimerkan yang dapat diprogram berulang kali menggunakan efek mekanis, ringan, dan termal. Perubahan dalam struktur molekul sampel memungkinkan untuk membuatnya universal - sampel dapat mengambil hampir semua bentuk yang diberikan oleh seseorang.
Di masa depan, para ilmuwan akan melanjutkan penelitian mereka, karena mereka belum meningkatkan proses pemrograman itu sendiri, serta terus mencari cara-cara baru, mungkin lebih efektif, untuk mempengaruhi sampel dalam proses pemrograman.
Kemampuan untuk mengubah bentuk sampel, atau lebih tepatnya untuk memanipulasinya, membuka kemungkinan baru dalam menciptakan perangkat untuk bidang kehidupan manusia yang paling beragam: dari kedokteran dan tentara hingga teknologi komputer dan luar angkasa.
Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda,
diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami buat untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
3 bulan gratis ketika membayar untuk Dell R630 baru untuk jangka waktu enam bulan -
2 x Intel Deca-Core Xeon E5-2630 v4 / 128GB DDR4 / 4x1TB HDD atau 2x240GB SSD / 1Gbps 10 TB - dari $ 99,33 sebulan , hanya sampai akhir Agustus, pesan bisa
disiniDell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang
Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?