مواد جدید ساختار مسئول پرهای آبی پرندگان آبی شرقی و دیگر پرندگان آوازخوان را تکرار می کند. این ماده جدید می تواند در باتری ها یا فیلتراسیون استفاده شود.
این آبی پرنده آبی شرقی از رنگدانه ها ناشی نمی شود، بلکه از ساختار خاص پرها ناشی می شود. با مشاهده زیر میکروسکوپ، پرها توسط شبکه‌ای از کانال‌ها به قطر چند صد نانومتر متقاطع می‌شوند. طبق طبقه بندی، نانومتر یک میلیاردم متر است.
آبی پرنده آبی توجه محققان ETH زوریخ از آزمایشگاه مواد نرم و زنده به سرپرستی استاد سابق ETH Eric Dufresne را به خود جلب کرد. به حدی که تصمیم گرفتند این ماده را در آزمایشگاه تکرار کنند. اکنون آنها با یک روش جدید موفق شده اند: آنها ماده ای ساخته اند که همان طراحی ساختاری پرنده آبی را نشان می دهد. پردر حالی که به لطف شبکه های نانو خود پتانسیل کاربردهای عملی را ارائه می دهد.
محققان از لاستیک سیلیکونی شفاف، که می تواند کشیده و تغییر شکل دهد، به عنوان ماده اولیه استفاده کردند. دانشمندان این لاستیک را در محلول روغنی قرار دادند و اجازه دادند برای چند روز در فری با دمای 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) متورم شود. سپس آن را سرد کرده و لاستیک را از محلول روغن استخراج می کنند.
محققان توانستند در زیر میکروسکوپ مشاهده کنند که چگونه نانوساختار لاستیک در طول این روش تغییر می‌کند و ساختارهای شبکه‌ای مشابه آن‌هایی که رنگ آبی به پر پرندگان آبی می‌دهد را شناسایی کردند. تفاوت اصلی در ضخامت کانال های تشکیل شده است – پر پرنده تقریباً 200 نانومتر و مواد مصنوعی – 800 نانومتر است.
اصل تشکیل شبکه جداسازی فاز است. این پدیده را می توان در آشپزخانه با سس سالاد روغن و سرکه مشاهده کرد. مخلوط کردن این دو مایع آسان نیست و بهتر است با تکان دادن شدید حاصل شود. به محض اینکه لرزش متوقف شد، مایعات دوباره جدا می شوند. اما می توان با حرارت دادن و سپس سرد کردن مجدد آنها را مخلوط کرد تا جدا شوند. این دقیقاً همان اصلی است که محققان برای مخلوط کردن لاستیک سیلیکون و محلول روغن استفاده کردند. این منجر به تشکیل یک شبکه میکروسکوپی کامل از کانال ها در داخل تایر شد.
کارلا فرناندز ریکو، نویسنده اصلی این مقاله، می‌گوید: «ما می‌توانیم شرایط را به گونه‌ای کنترل و انتخاب کنیم که کانال‌ها در طول جداسازی فاز تشکیل شوند. ما توانستیم این روش را قبل از ادغام مجدد دو فاز با یکدیگر متوقف کنیم.» این ساختار کانال مانند بسیار شبیه ساختار پرهای پرندگان است.
مزیت این روش جدید این است که متریال جدید چند سانتی متر اندازه دارد و مقیاس پذیر باقی می ماند. اساساً، می توانید از هر اندازه ای از پلاستیک لاستیکی استفاده کنید. فرناندز ریکو می‌گوید: با این حال، به ظروف و اجاق‌های مشابه بزرگی نیاز خواهید داشت.
جدید بودن این روش پردازش مواد مورد توجه جامعه فیزیک است. فرناندز ریکو می گوید: ما یک سیستم ساده داریم که فقط از دو ماده تشکیل شده است، اما ساختار نهایی به دست آمده بسیار پیچیده است و توسط خواص مواد کنترل می شود. چندین گروه نظری با ما تماس گرفته‌اند که پیشنهاد می‌کنند از مدل‌های فیزیکی برای درک اصول فیزیکی کلیدی این فرآیند جدید و پیش‌بینی نتیجه آن استفاده کنند.»
مواد جدید پتانسیلی برای کاربردهای فنی و پایدار ارائه می دهد. باتری ها یکی از حوزه های کاربردی احتمالی هستند. یون های موجود در باتری ها معمولاً از طریق مایعی به نام الکترولیت بین الکترودها حرکت می کنند. یکی از دلایل اصلی که باتری ها ظرفیت شارژ خود را در طول زمان از دست می دهند یا حتی از کار می افتند این است که یون ها با الکترولیت مایع واکنش می دهند و باعث می شود که دو الکترود تماس فیزیکی پیدا کرده و به باتری آسیب برساند. الکترولیت‌های مایع را می‌توان با الکترولیت‌های جامد با ساختار شبکه‌ای از کانال‌های به هم پیوسته جایگزین کرد – مانند آنچه که محققان نشان دادند – که از تماس فیزیکی بین الکترودها جلوگیری می‌کند و در عین حال حمل و نقل یونی خوبی را از طریق باتری حفظ می‌کند.
فیلترهای آب می تواند کاربرد دیگری باشد. ویژگی های خوب حمل و نقل از طریق کانال های به هم پیوسته و مناطق بزرگ در اینجا یک مزیت است. نسبت سطح به حجم در مورد ساختارهای کانال مانند بسیار زیاد است. این امکان حذف موثر آلاینده هایی مانند باکتری ها یا سایر ذرات از آب را فراهم می کند.
فرناندز ریکو می گوید: «با این حال، این محصول هنوز تا آماده شدن به بازار فاصله دارد. “در حالی که مواد لاستیکی ارزان است و به راحتی به دست می آید، فاز روغن بسیار گران است. در اینجا به مواد ارزان‌تری نیاز خواهد بود.»
فرناندز ریکو مایل است تحقیقات آینده خود را با در نظر گرفتن پایداری توسعه دهد: “بسیاری از پلیمرهای طبیعی، مانند سلولز یا کیتین، ساختاری شبیه به لاستیک مورد استفاده در کار ما دارند.” با این حال، کار با مواد طبیعی مانند سلولز (بیشتر ) سازگار با محیط زیست نسبت به لاستیک سیلیکونی مشتق شده از نفت. بنابراین، دانشجوی فوق دکترا مایل است در آینده بفهمد که چگونه می توان چنین موادی را برای استفاده از پتانسیل آنها کاربردی تر کرد.
یافته ها در مواد طبیعی.
منبع: دبورا کیبرتز برای ETH زوریخ
