Универсальный «нанокристаллический гель» может способствовать развитию энергетики, обороны и телекоммуникаций.
Суть открытия команды заключается в том, что этот новый материал легко настраивается. То есть его можно переключать между двумя разными состояниями, изменяя температуру. Это означает, что материал может работать как оптический фильтр , поглощая различные частоты света в зависимости от того, находится ли он в гелеобразном состоянии или нет. Таким образом, его можно использовать, например, снаружи зданий для динамического управления отоплением или охлаждением. Этот тип оптического фильтра также имеет применение для защиты, особенно для теплового камуфляжа.
Гели могут быть адаптированы для этих разнообразных применений, поскольку и нанокристаллы, и молекулярные линкеры, которые соединяют их в сети, являются дизайнерскими компонентами. Нанокристаллы могут быть химически настроены, чтобы их можно было использовать для маршрутизации сообщений через оптоволоконные сети или для поддержания стабильной температуры космического корабля на удаленных планетарных телах. Линкеры могут быть разработаны так, чтобы вызывать переключение гелей в зависимости от температуры окружающей среды или обнаружения токсинов в окружающей среде.
«Вы можете изменить видимую тепловую сигнатуру объекта, изменив инфракрасные свойства его кожи», — сказала Делия Миллирон, профессор и заведующая кафедрой химического машиностроения МакКетты в инженерной школе Кокрелла. «Это также может быть полезно для телекоммуникаций, в которых используются инфракрасные волны ».
Новое исследование опубликовано в последнем номере журнала Science Advances .
Команда, возглавляемая аспирантами Джихо Кангом и Стефани Валенсуэла, выполнила эту работу через университетский Центр динамики и контроля материалов, Центр материаловедения и инженерии Национального научного фонда, который объединяет инженеров и ученых со всего кампуса для совместной работы над материалами. научные исследования.
Лабораторные эксперименты позволили команде увидеть, как материал меняется между двумя состояниями геля и негеля (то есть свободно плавающими нанокристаллами, взвешенными в жидкости), которые они вызывали определенными изменениями температуры.
Моделирование на суперкомпьютере, выполненное в Центре перспективных вычислений Техасского университета, помогло им понять, что происходит в геле на микроскопическом уровне при воздействии тепла. Основываясь на теориях химии и физики, моделирование выявило типы химических связей, которые удерживают нанокристаллы вместе в сети, и то, как эти связи разрушаются при воздействии тепла, что приводит к разрушению геля.
Это второй уникальный гель нанокристаллов, созданный этой командой, и они продолжают добиваться успехов в этой области. В настоящее время Канг работает над созданием нанокристаллического геля, который может изменяться между четырьмя состояниями, что делает его еще более универсальным и полезным. Этот гель будет представлять собой смесь двух разных типов нанокристаллов , каждый из которых способен переключаться между состояниями в ответ на химические сигналы или изменения температуры. Такие перестраиваемые нанокристаллические гели называются «программируемыми» материалами.
Теги: кристалл, суперкомпьютер
