211service.com
Tworzenie kolorów za pomocą magnesów
Materiał opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside może przybrać dowolny kolor tęczy, po prostu przez zmianę odległości między materiałem a magnesem. Może być stosowany w czujnikach lub, zamknięty w mikrokapsułkach, w plakatach wielokrotnego zapisu lub innych dużych kolorowych wyświetlaczach.
Rdza tęczowa: Roztwór nanoskopowych cząstek tlenku żelaza zmienia kolor w miarę zbliżania się magnesu, powodując zmianę kolejności cząstek. Wraz ze wzrostem siły pola magnetycznego kolor zmienia się z czerwonego na niebieski.
Naukowcy wykonali materiał przy użyciu metody wysokotemperaturowej, aby zsyntetyzować nanoskalowe, krystaliczne cząstki magnetytu, formy tlenku żelaza. Każda cząstka miała średnicę około 10 nanometrów, ponieważ gdy stają się znacznie większe, cząstki magnetytu stają się magnesami trwałymi, a zatem skupiają się i wypadają z roztworu. Cząstki 10-nanometrowe grupują się razem, tworząc jednorodne kuliste skupiska, każdy o średnicy około 120 nanometrów; w testach klastry te pozostawały zawieszone w rozwiązaniu przez wiele miesięcy.
Powlekając te klastry naładowanym elektrycznie środkiem powierzchniowo czynnym, naukowcy powodują, że klastry odpychają się nawzajem. Kiedy naukowcy używają magnesu do przeciwdziałania siłom odstraszającym, skupiska przestawiają się i zbliżają do siebie, zmieniając kolor odbijanego światła. Im silniejsze pole magnetyczne, tym bliżej cząstki, a kolor zmienia się od czerwonego końca widma do niebieskiego, przeciwnego końca, w miarę zbliżania się magnesu do materiału. Odsunięcie magnesu pozwala ładunkowi elektrostatycznemu ponownie rozdzielić cząstki, przywracając układ do pierwotnego stanu.
Piękno tego systemu polega na tym, że jest tak prosty, mówi Orlin Velev , profesor chemii i inżynierii biomolekularnej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. Może być stosowany na dużych powierzchniach, ponieważ jest bardzo tani i bardzo łatwy w wykonaniu. Praca została opublikowana we wczesnym internetowym wydaniu czasopisma Chemia stosowana .
Multimedialne
Film przedstawiający rozwiązanie zmieniające kolor.
Wielu innych badaczy opracowało materiały zmieniające kolor, z których niektóre są również kontrolowane za pomocą sił magnetycznych; inni używają sił elektrycznych lub mechanicznych. Badacze Riverside, kierowani przez Yadong Yin , profesor chemii, jest jednak w stanie upakować znacznie więcej materiału magnetycznego na sferyczny blok konstrukcyjny, niż było to wcześniej możliwe. Sanford Asher , profesor chemii i materiałoznawstwa na Uniwersytecie w Pittsburghu, który zakapsułkował cząstki magnetytu w kulkach polimerowych, mówi, że nowe podejście zwiększa pięciokrotnie ilość materiału magnetycznego.
Dzięki temu nowe materiały można dostroić do większej liczby kolorów niż wcześniej wykonane materiały. Rzeczywiście, Velev z North Carolina State, który pracuje z materiałami, które zmieniają kolor w odpowiedzi na sygnały elektroniczne, mówi, że nie zna żadnego innego materiału zdolnego do przyjęcia tak szerokiej gamy kolorów.
Naukowcy z Riverside odkryli, że przetwarzanie materiałów w wysokich temperaturach zapewniało, że 10-nanometrowe cząstki utworzyły krystaliczną strukturę atomową. To również spowodowało, że cząstki zgrupowały się, tworząc klastry o podobnej wielkości. Natomiast częściej stosowana synteza w temperaturze pokojowej daje cząstki, które tworzą nieregularne aglomeracje. Jednolitość klastrów i krystaliczność cząstek wydają się poprawiać reakcję magnetyczną materiałów, mówi Yin, chociaż on i jego koledzy wciąż badają leżące u podstaw mechanizmy.
Materiały mogą zmieniać kolory w tempie dwa razy na sekundę, co nadal jest zbyt wolne, aby można je było stosować w telewizorach i monitorach komputerowych. Yin ma nadzieję, że jeszcze bardziej zwiększy prędkość przełączania, używając mniejszych ilości materiału, być może w mikroskopijnych kapsułkach. Tak małe ilości ułatwią przedstawienie jednolitego pola magnetycznego całej próbce, potencjalnie pomagając w przegrupowaniu klastrów. Ponadto, takie mikrokapsułki mogą być rozmieszczone tak, aby tworzyły piksele na wyświetlaczu, jak to się dzieje obecnie w przypadku E-Ink, rodzaju papieru elektronicznego używanego w niektórych czytnikach książek elektronicznych i telefonach komórkowych. (Patrz Dobra lektura .)
Ale nawet przy większych prędkościach Yin nie spodziewa się, że materiały zastąpią obecną technologię monitorów komputerowych. Ma raczej na celu zastosowania na większą skalę, które wykorzystałyby niski koszt materiałów. Przykładami mogą być plakaty, które można przepisać, ale nie muszą zmieniać się tak szybko, jak wyświetlanie wideo.
Jedną z istotnych wad obecnych materiałów jest to, że wymagałyby stałego zasilania, aby zachować pole magnetyczne i utrzymać mikrokapsułki w określonym kolorze. Następnym krokiem Yin jest opracowanie wersji materiałów, które pozostaną stabilne po zmianie ich koloru – to znaczy do czasu zmiany ich koloru. Jeśli to możliwe, plakat mógłby zostać wydrukowany z czymś w rodzaju głowicy odczytująco-zapisującej na twardym dysku, mówi Yin. Zachowałby obraz, dopóki nie zostanie przepisany przy kolejnym przejściu głowicy drukującej, nie używając żadnej mocy pomiędzy.
Na tym etapie fajnie się bawić, mówi Velev. Może na późniejszych etapach może być wykorzystany do jakichś celów dekoracyjnych, takich jak farba zmieniająca kolor lub nowe rodzaje etykiet lub tablic informacyjnych. W tej chwili jest to piękny kawałek badań.