Экономически эффективный процесс предлагает индивидуальные полимерные нанонаполнители для различных применений

. Состоит из самых тонких волокон, полимерные шкуры идеально подходят для различных применений, которые варьируются от высокочувствительных биологических детекторов до хорошо прилипающих покрытий, но могут быть легко удалены.

Нановолокон с различными направлениями вращения. (Image credit: Кеннет Ченг, Мичиганский университет)

. Теперь ученые из Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с исследователями в Соединенных Штатах придумали экономически эффективный процесс, в котором жидкий кристаллический слой подвергается воздействию реакционноспособных молекул посредством осаждения из паровой фазы, чтобы обеспечить рост индивидуальных полимерных нановолокон на твердой подложке. Команда сообщила эту новую технику в журнале Science (DOI: 10.1126 / science.aar8449).

Поверхности, которые имеют уникально выровненные волокна, в изобилии существуют в природе и выполняют различные функции, например, соблюдение, зондирование и самоочищение. Например, ноги гекконов покрыты бесчисленным количеством волосков, которые позволяют им прилипать к поверхностям и легко снимать. Разработка таких поверхностей из искусственных материалов открывает новые возможности для широкого спектра применений. Тем не менее, было показано, что ранее имеющиеся методы разработки полимерных шкур на твердых основаниях были дорогими. Более того, выравнивание, размер и форма волокон можно контролировать только в определенной степени с помощью традиционных методов.

Теперь простой и, следовательно, экономически эффективный процесс был разработан исследовательской группой из Института функциональных интерфейсов (ИФГ) КИТ, Университета Висконсин-Мэдисон, Мичиганского университета и Корнеллского университета в Итаке, Нью-Йорк. Этот процесс позволяет самопроизвольно формировать полимерные шкуры. Исследовательская группа во главе с профессором Йоргом Лаханном, заведующим кафедрой новых полимеров и биоматериалов IFG КИТ и директором Института биоинтерфейсов Мичиганского университета, описала новый процесс в журнале Science .

Исследователи сначала использовали тонкий слой жидких кристаллов для покрытия носителя. Эти жидкие кристаллы представляют собой жидкие вещества, которые обладают направленными свойствами и в основном используются для дисплеев и экранов (жидкокристаллические дисплеи или ЖК-дисплеи). Затем они подвергали жидкокристаллический слой активированным молекулам посредством осаждения из паровой фазы. Образующиеся таким образом реакционноспособные мономеры входят в слой жидких кристаллов, тем самым растут из подложки в жидкость в виде тонких волокон.

Следовательно, это создает полимерные нановолокна, которые могут быть настроены по форме, длине, расположению и диаметру. Сложные, но точно структурированные полимерные шкуры, сформированные таким образом волокнами, могут использоваться в широком диапазоне применений, особенно для биоинструктивных поверхностей, которые способны взаимодействовать со своей средой, биологическими детекторами и покрытиями, которые обладают новыми свойствами. Это также включает поверхности с сухими адгезионными свойствами, аналогичные свойствам ног гекконов, хотя адгезия в нановолокнах основана на уникальном пространственном расположении атомов в молекулах ( хиральность ).

]

Работа в Исследовательском центре «Молекулярное структурирование мягкой материи» (CRC) была поддержана Немецким исследовательским фондом (DFG). В кластере 3DMM2O KIT, созданном для заказа (3DMM2O) и Гейдельбергском университете, который будет финансироваться в соответствии с Стратегией совершенства со стороны государства и федеральных органов власти с января 2019 года, предпочтение будет отдаваться индивидуальным материалам. Профессор Christof Wöll, глава IFG KIT, участвует в качестве одного из ключевых исследователей в 3DMM2O Excellence Cluster, который объединяет инженерные и естественные науки и фокусируется на трехмерных (3D) технологиях производства добавок от макроскопического до молекулярного уровня.

Source link