211service.com
Inteligentne kryształy
Naukowcy z Japonii odkryli kryształy organiczne, które zmieniają kształt po oświetleniu światłem ultrafioletowym, a następnie powracają do swojej pierwotnej postaci w świetle widzialnym. W kwietniu 11 Natura papieru, pokazują, że kryształy mogą poruszać się tam iz powrotem między dwoma różnymi kształtami do 100 razy, zanim pękną. Kryształy mogą prowadzić do powstania maleńkich maszyn napędzanych światłem, podobnych do dzisiejszych systemów mikroelektromechanicznych stosowanych w układach mikroprzepływowych i optycznych systemach komunikacyjnych, które są napędzane energią elektryczną.
Moc nano: Cienki kryształowy wąs ugina się pod wpływem światła ultrafioletowego, popychając złotą cząsteczkę (widoczną jako czarna plama) 90-krotność jej wagi 30 mikrometrów. Światło widzialne padające na kryształ prostuje go.
Naukowcy, kierowani przez Masahiro Irie , profesor chemii na Uniwersytecie Kyushu w Fukuoce, na przemian rzuca światło ultrafioletowe i widzialne na prostokątny kryształ, aby się skurczył, a następnie przedłużył do swojej pierwotnej długości. Stworzyli również kryształ w kształcie pręta, który byli w stanie zgiąć, a następnie wyprostować aż 80 razy. Kiedy się wygina, pręt może przepchnąć mikrocząsteczkę złota, która jest 90 razy cięższa od kryształu, na odległość 30 mikrometrów.
Wcześniej Irie wynalazła rodzaj cząsteczki organicznej, która zmienia kolor w odpowiedzi na światło; po raz pierwszy opisał to w połowie lat 80-tych. Badając pojedyncze kryształy tych cząsteczek, jego zespół badawczy odkrył, że kryształy również zmieniają kształt. Byliśmy [bardzo] podekscytowani, widząc po raz pierwszy wywołaną fotografią zmianę kształtu, mówi Irie.
Wiadomo, że niektóre polimery i szkła zmieniają kształt pod wpływem światła. Ale to pierwszy raz, kiedy naukowcy zaobserwowali efekt w kryształach, mówi Tomiki Ikeda , profesor chemii polimerów w Tokyo Institute of Technology. Ich regularna struktura może sprawić, że kryształy zmieniające kształt będą przydatne w różnych zastosowaniach. Oznacza to, że można wywołać precyzyjną zmianę kształtu, mówi Ikeda. Za każdym razem będziesz miał taką samą zmianę kształtu pod wpływem tego samego światła o tym samym natężeniu… co jest bardzo ważne dla precyzyjnej kontroli pracy mechanicznej w urządzeniach o rozmiarach mikrometrów.
Na przykład kryształy mogą być wbudowane w chipy mikroprzepływowe, aby przepychać niewielkie ilości cieczy przez wąskie kanały; płyny są obecnie przemieszczane pod napięciem lub ciśnieniem z zewnętrznych pomp. O wiele przyjemniej byłoby, gdybyś mógł to zrobić za pomocą światła, zamiast podłączać elektrody lub podgrzewać, co może zakłócać proces, który próbujesz kontrolować, mówi Mark Warner , fizyk teoretyczny z Uniwersytetu Cambridge, który bada materiały zmiennokształtne.
Kryształy zmieniające kształt mogą również znaleźć zastosowanie w przełącznikach nowej generacji w systemach komunikacji światłowodowej. W tych systemach pakiety danych przesyłane z jednego punktu do drugiego przechodzą przez wiele koncentratorów, gdzie są przełączane na właściwą trasę. Obecnie impulsy świetlne są przekształcane na sygnały elektryczne do przełączania, ale szybkie przełączniki nowej generacji mogą wykorzystywać mikroskopijne lustra do odbijania światła z jednego włókna światłowodowego na drugie. Kryształy można wykorzystać do poruszania luster.
Kryształy zmieniające kształt mają kilka innych zalet w porównaniu z polimerami i szkłami w zastosowaniach mikromechanicznych, ponieważ reagują na światło stosunkowo szybko i ze znacznymi zmianami. Wykazują znacznie bardziej dramatyczny efekt niż w przypadku innych materiałów, mówi J. Michael McBride , profesor chemii organicznej na Uniwersytecie Yale w New Haven, CT. Kryształy reagują na światło szybciej niż polimery, przekształcając się w 25 mikrosekund, podczas gdy polimery trwają kilka sekund. I ulegają większym deformacjom niż okulary. Na przykład prostokątny kryształ kurczy się o 5 do 7 procent swojej długości, podczas gdy szkliste cząsteczki zmieniają się o około 2 procent. Warner zwraca jednak uwagę, że chociaż polimery reagują wolniej, niektóre gumowate polimery wykazują ponad 100-procentowe odkształcenie, więc mogą być bardziej przydatne. To zależy od aplikacji, którą masz na myśli.
Irie mówi, że jego zespół badawczy próbuje teraz przygotować różne rodzaje kryształów, które mogłyby poradzić sobie ze zmianami kształtu znacznie ponad 100 razy bez pękania. Zespół projektuje również nowe związki, które wykazują różne rodzaje zmian kształtu, takie jak przejście od kształtu pręta do kształtu płytki.