„Koloidiniai geliai“, kasdieniniai produktai, atskleidžia jų evoliucijos paslaptis

Šios dalelės kaip mikroskopiniai austos vilnos blokai iš tikrųjų yra neorganinės ceolito dalelės. Mikroporingos kristalinės dalelės, susidariusios suslėgiant dirvožemį, susidarant aliuminio silikatiniams koloidiniams hidrogeliams, išsivysto kaip vandenyje tirpus skystis, vėliau tampa viskoelastiniu geliu, o vėliau – minkštu irstančiu kristalu. Kreditas: tyrėjų sutikimas

Tyrėjai ištyrė šių medžiagų mechanines savybes, kai jos virsta nuo elektrinių polių iki kristalų lęšių.

Tyrėjai c MA sukūrė naują metodą, skirtą nustatyti plačiai naudojamų minkštųjų medžiagų, vadinamų minkštais koloidiniais geliais, klasę, kurios yra viskuo, pradedant kosmetika ir baigiant namų medžiagomis. Tyrėjai pažymėjo gelius visam jų vystymuisi, kai jie nuo mineralinių tirpalų pasikeitė į jautrius gelius ir kristalus.

Didelių mašinų padengimas grindžiamas tuo, kaip laikui bėgant keičiasi įprasti geliai, taip pat kaip kinta jų elektrinės savybės laikui bėgant ir atsižvelgiant į tai, kokiu greičiu jie buvo paimti netobulai. Ši etiketė turėtų leisti atlikti tolesnius tyrimus, numatyti ir galbūt pakenkti gelių elgsenai, atverti duris pažangai tokiose srityse kaip vaistų tiekimas ir maisto perdirbimas, kur šie geliai paprastai yra naudingi. Taip pat turėtų būti naudojami nuo vandens valymo iki branduolinių medžiagų. atliekų šalinimas, kai šie koloidiniai geliai tepami kristalizuota, porėta forma, vadinama ceolitais.

“Mes tikime, kad šis bendras vaizdas ir supratimas apie gelinimą ir jo senėjimo procesą yra labai svarbus mokslininkams, dirbantiems su minkštomis medžiagomis”, – sakė Garethas McKinley, inžinerijos mokyklos mokslinio profesoriaus profesorius ir MIT inžinerijos profesorius.

“Mūsų rezultatai leido tyrėjams nustatyti, kodėl jie demonstruoja silpną gelio pavidalo veido išraišką ir elgesį, ir gali būti, kad geliai yra sukonstruoti, kad jiems būtų keliami konkretūs reikalavimai. Inžinerija”, – sakė BAVandas Keshavarzas, MIT Mechanikos katedros postdokas. Inžinierius ir pirmasis naujojo tyrimo, kuris pasirodė 2006 m., Autorius PNAS.

Tyrimas buvo atliktas vykdant tarptautinį bendradarbiavimą, kuriame dalyvavo MIT, Argonos nacionalinė laboratorija, Prancūzijos nacionalinis mokslinių tyrimų centras ir Prancūzijos alternatyviosios energijos ir atominės energijos komisija.

Naudojant aliumosilikatinius gelius, plačiai naudojamus ceolitams gaminti, mokslininkai įveikė daugelį iššūkių, susijusių su šių silpnų medžiagų identifikavimu, kurie laikui bėgant vis keičiasi, taip pat įrodymą, kad skirtingos savybės priklauso nuo greičio kurios tos savybės yra ydingos. Keshavarzas savo elgesį lygina su „Silly Putty“, kuris tempiasi ir teka, kai traukiate lėtai, tačiau labai sugedo, kai greitai traukiate.

Geliai taip pat greitai sensta, o tai reiškia, kad jų demonstruojamas cheminis elgesys, nors dabar skiriasi derlingumo pokyčiai, laikui bėgant greitai keičiasi. Daugelis ankstesnių tyrimų sutelkė dėmesį į šių medžiagų tyrimą jų valstybėje, sakė Keshavarzas.

“Jie negalėjo gauti viso gelio vaizdo, nes jų stebėjimų lango modelis buvo per mažas”, – sakė Keshavarzas.

Šiam tyrimui mokslininkai nustatė, kad jie galėtų panaudoti gelio senėjimą savo naudai, atvaizduodami vadinamąjį „supa-koreliuojantį laiką“.

Proceso metu jie tiekė aliuminio silikatus ištisomis sunkių pakopų serijomis, vadinamais čiulbėjimais, ir palaipsniui brendo. Chirpsas, eksperimentavęs po šikšnosparnių ir delfinų sukurtų echolokacijos signalų serijos, greitai parodė minkštųjų audinių pakeitimo savybes.

Vis dažniau keičiantis geliais, naudojant akustinius signalus, mokslininkai sukūrė daugybę objektų, kurie gali būti laikomi trumpalaikėmis išraiškomis, atspindinčiomis mechanines gelių savybes. Geliai, kai jie dedami į įvairius kintamuosius viršijantis aštuonis aukščio laipsnius (pavyzdžiui, nuo 0,0001 herco iki 10 000 herco).

Keshavarzas sakė: “Tai reiškia, kad mes dažnai žiūrime į įprastą elgesį, pradedant nuo lėtų fizinių pokyčių, iki greito elgesio”.

Vaizde pateiktas išsamus mechaninių gelio savybių aprašymas, leidžiantis mokslininkams padaryti išvadą, kad silpnos koloidinės dalelės, dar vadinamos sintetinėmis medžiagomis, turi dvigubą prasmę, atskleidžiančios visų kristalų ir gelių išvaizdą. Prieš atlikdami šį tyrimą, mokslininkai pastebėjo, kad dėl riboto regėjimo aštrumo jie padarė išvadą, kad tokios medžiagos buvo arba gelio, arba stiklo, ne visi veidai buvo pastebėti viename mėginyje.

„Vienas mokslininkas sakė, kad tai gelis, o kitas – kad stiklas. Jie abu teisūs “, – sako MaKinley, lygindamas gelių savybes su angliavandeniais, kurie rodo tuos pačius laiko santykio principus kaip ir šiluma, ir gali būti kieti ir vagiantys. Arba susilenkti ir pamatyti.

Norėdami stebėti aliumosilikatinių gelių struktūrų kintamumą, be jų mechaninių savybių tyrimo visuose gelinimo ir senėjimo procesuose, mokslininkai naudojo rentgeno spindulių sklaidą. Tai leido jiems išspręsti gelio pagrindą nuo to laiko, kai jo cheminė sudėtis buvo mažesnė už šviesos bangos ilgį ir todėl nematoma be įsiskverbimo į rentgeną. Procedūra leido tyrėjams stebėti mėginių skalės iki keturių uncijų skersmens gelių veikimą nuo 1 mikrono iki 0,1 nanometro.

Stebėdami daugelį specifinių dydžių gelių, mokslininkai nustatė, kad jungiamųjų komponentų rišimasis vystosi, tuo tarpu jungiantis komponentai kaupiasi gelyje, kuris lieka gelio gale. Ryšys įvyksta ir pridedamos grupės, keičiant mastą, tačiau pagrindinis pagrindas arba “pagrindas” ir geometrija išlieka tie patys.

Medžiagų tyrimas plačiu mastu, skirtingais mastais ir kuris sujungia šią informaciją su informacijos apie medžiagų mechanines savybes kaupimu, mokslininkai taip pat padarė išvadą, kad didelės žiniatinklio kolekcijos buvo švelniai ištirpintos gelio pavidalo infuzuojamas ankstyvame amžiuje. Greitesnis fizinis sujungimas kaip patvari kieta medžiaga. McKinley padarė modelį pagal reikšmingą skirtumą, kurį žinome, kiek laiko reikia putų valikliui atsigauti po montavimo, palyginti su tuo, kai standartinis montavimas yra labai sunkus. Stebint šį ryšį tarp grupių kiekio medžiagoje ir poilsio greičio, dar labiau paaiškėja šių silpnų medžiagų skirtingų savybių kilmė.

Keshavarzas sakė: „Mūsų darbas atveria naują perspektyvą ir suteikia tyrėjams galimybę sukurti holistinį požiūrį į šias prigimtis“.

“Koloidinės golos yra bet kas, bet ne naudinga”, – sakė Emanuela Del Gado, Džordžtauno universiteto Fizikos katedros docentė, nedalyvavusi šiame tyrime, tačiau anksčiau dirbusi su MIT komanda. “Jų fizika yra svarbi daugelyje pramonės šakų ir technologijų (nuo maisto produktų iki dažų, iki betono, asmeninių produktų ir biomedicinos). Šis dokumentas yra pirmasis bandymas nustatyti mikroskopines savybes, kurias inžinieriai įtraukia, nes yra šešios plačios sistemų klasės, kontaktuoja [the gels’] mikrostruktūra jų reologiniame elgesyje. “

Straipsnis: „Laiko ir vaizdo sąveika su geliais / krištolo dviem koloidiniais skysčiais“, autoriai: Bavandas Keshavarzas, Donatienas Gomesas Rodriguesas, Jeanas-Baptiste’as Champenoisas, Matthewas G. Frithas, Janas Ilavsky, Michela Geri, Thibautas Divouxas, Garethas H. McKinley’is ir Arnaudas Poulesquenas. 2021 m. Balandžio 13 d., Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
DOI: 10.1073 / pnas.2022339118

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kokia tavo pirmoji idėja? Remiantis naujais tyrimais, galėtų prasidėti pustrečio amžiaus

Naujas tyrimas ir dešimtmečių duomenų apžvalga laikrodžio atmintį nustūmė už metų ribų, tačiau tyrimas įrodo, kad visi yra skirtingi. Naujas tyrimas rodo, kad vidutiniškai pirmojo...

Naujasis „Ultrathin Liquid Liquid Crystal Metalens“ siūlo elektrinį padidinimą

Cornell հայ „Samsung“ inžinierių sukurtas ultragarso, elektra valdomų metalų konceptualus perteikimas. Paskola Danieliui Schilkinui Kornelio taikomosios inžinerijos mokyklos tyrėjai's „Samsung“ pirmaujantis technologijų institutas sukūrė...

Naujos keistų, išnykusių driežų rūšys – tokios keistos, kad buvo neteisingai identifikuotos kaip dinozauras su kolibriu

„Oculudentavis naga“, kaip pavaizduota šio menininko rekonstrukcijoje, buvo keistas driežas, kurį tyrėjai iš pradžių sunkiai skirstė į kategorijas. Jie vis dar nėra tikri...

Kavos mėgėjai, mėgaukitės! Gausus kavos vartojimas susijęs su sumažėjusia širdies nepakankamumo rizika

Tyrimo ataskaita: Išanalizavus tris pagrindinius širdies ligų tyrimus nustatyta, kad geriant vieną ar daugiau kavos su kofeinu puodelių buvo sumažinta širdies nepakankamumo rizika. Kavos be kofeino...

Atominė dalelė paversta antiteze ir pirmą kartą atvirkštinė nepaprasto eksperimento metu.

Fizikų komanda, įskaitant Warwick universitetą, įrodė, kad subatominės dalelės gali virsti ego antagonistais ir vėl grįžti į naują atradimą, ką tik atskleistą praėjusią savaitę. „Šis...

Newsletter

Subscribe to stay updated.