Инновационные нановолоконники могут помочь создать липкие, отталкивающие или светоизлучающие покрытия

Взяв за основу уникальные характеристики ног геккона, мехового медведя и листьев лотоса, инженеры-исследователи разработали новый метод создания массивов нановолокон, которые могут привести к разработке покрытий, которые являются отталкивающими, липкий, светоизлучающий, изолирующий, среди многих других возможностей . Исследование было опубликовано в журнале Science .

Электронно-микроскопическое изображение бананообразных нановолокна, узорчатых с помощью жидкого кристалла. (Image credit: Кеннет Ченг, Лаханн Лаб, Мичиган Инжиниринг)

Это настолько удалено от всего, что я когда-либо видел, что я думал, что это невозможно.

Йорг Лаханн, профессор химического машиностроения и исследования, Университет Мичигана.

Это немного убедительное открытие было сделано исследователями из Мичиганского университета (UM) и Университета Висконсина, раскрыв новую, надежную технику для создания массивов волокон, которые во много раз тоньше, чем у одной нити человеческого волоса .

Волоски волосков белого медведя структурированы таким образом, что они позволяют свет и, в то же время, препятствуют выходу тепла. В то время как массивы крошечных восковых канальцев покрыты водоотталкивающими листьями лотоса, в нижней части гравитационных ног геккона есть наноразмерные волосы, которые достигают очень близких к другим поверхностям, вызывая атомные силы притяжения. Ученые, которые хотят подражать этим сверхдержавам и более, потребовали средств для разработки крошечных массивов, которые выполняют эту работу.

« По сути, это совершенно другой способ создания нановолоконных массивов », – сказал Лаханн

Ученые продемонстрировали, что их нановолокна были способны отражать листья лотоса, похожие на воду. Они выполнили этот подвиг, увеличив изогнутые и прямые волокна и проверив, как они склеиваются вместе с липучкой, и в конце концов обнаружили, что скрученные против часовой стрелки и скрученные по часовой стрелке волокна более тесно связаны друг с другом по сравнению с двумя массивами прямых волокон.

Исследователи даже экспериментировали с оптическими свойствами и создали материал, который светился. По их мнению, может быть создана структура, похожая на мех белого медведя, с отдельными волокнами, структурированными для освещения канала

Однако первоначальный план заключался не в разработке молекулярных ковров. Команда Лаханна работала с командой Николаса Эббота, которая была профессором химического машиностроения в Университете Висконсина-Мэдисона (UW-Madison) для размещения полимеров-тонких пленок цепных молекул – поверх жидких кристаллов. Жидкие кристаллы широко используются в компьютерных экранах, телевизорах и других подобных дисплеях. Группа пыталась разработать датчики, которые могут идентифицировать отдельные молекулы.

В то время как Эбботт возглавлял дизайн и разработку жидких кристаллов, Лаханн принес ноу-хау создания тонких пленок. В стандартных экспериментах команда Лаханна сначала испаряет одиночные звенья в цепи, а затем позволяет им конденсироваться на поверхности; однако тонкие полимерные пленки временами не оправдались, как ожидалось.

Открытие подтверждает мое мнение о том, что лучшие достижения в области науки и техники происходят, когда дела идут не так, как планировалось. Вы просто должны быть настороже и рассматривать неудачные эксперименты как возможности .

Николас Эбботт, бывший профессор химической промышленности Университета Висконсин-Мэдисон.

Вместо того, чтобы покрывать верхнюю часть жидкого кристалла, отдельные звенья скользнули в жидкость и были связаны друг с другом на стеклянном слайде, а жидкий кристалл впоследствии направил формы нановолокон, которые выросли снизу и образовали наномасштабирование ковры.

Жидкий кристалл является относительно неупорядоченной жидкостью, однако он может формировать нановолокон с удивительно четко определенной длиной и диаметром

Николас Эбботт, бывший профессор химической промышленности Университета Висконсин-Мэдисон.

И они не просто создали прямые пряди. На основе жидкого кристалла они могли создавать изогнутые волокна, такие как крошечные лестницы или бананы.

У нас есть большой контроль над химией, типом волокон, архитектурой волокон и тем, как мы их откладываем. Это действительно добавляет много сложностей в то, как мы можем сейчас обрабатывать поверхности; не только с тонкими двумерными пленками, но и в трех измерениях .

Йорг Лаханн, профессор химического машиностроения и исследования, Университет Мичигана.

Исследование озаглавлено «Синхронизированный синтез нановолокон через химическую парополимеризацию в жидкие кристаллические пленки».

Отдел исследований армии поддержал исследование.

Лаханн также является директором Института биоинтерфейсов U-M и профессором материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и высокомолекулярной науки и техники. В настоящее время Эбботт является профессором Университета Тиша и профессором химической и биомолекулярной инженерии в Корнельском университете.

Source link