Masačusetso technologijos instituto (MIT) mokslininkams pavyko sukurti naują struktūrinio gelio rūšį, kurios svarbiausia savybė – gebėjimas pakeisti spalvą dėl įvairių išorinių dirgiklių poveikio. Dirgikliais gali būti temperatūros, slėgio, drėgmės ar druskos koncentracijos pokyčiai.

„Be kitų pritaikymo sričių struktūrinis gelis dar gali būti tinkamas greitai veikiančių ir nebrangių cheminių jutiklių gamybai“, – teigia MIT Moriso Koheno medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius ir MIT Medžiagų mokslo ir inžinerijos fakulteto vadovas Edvinas Tomasas (Edwin Thomas). Tokio veikimo principo jutikliai praverstų maisto apdorojimo pramonėje, kur tam tikroms maisto rūšims svarbu neviršyti nustatytos drėgmės ribos.

E. Tomasas yra pagrindinis spalio 21 d. internetiniame žurnalo „Nature Materials“ numeryje paskelbto straipsnio autorius.

Svarbiausia struktūrinio gelio sudedamoji dalis yra medžiaga, išsiplečianti arba susitraukianti esant tam tikriems dirgikliams. Tokie gelio storio pokyčiai priverčia jį įgyti praktiškai visas regimosios šviesos spektro spalvas.

Medžiagos, priklausomai nuo stebėjimo kampo atspindinčios skirtingo ilgio bangas (t. y., skirtingos spalvos šviesą), jau sukurtos, tačiau kartą jas pagaminus, jų savybių jau nebegalima pakeisti. MIT mokslininkai pasišovė sukurti medžiagą, kuri keistų spalvą dėl išorinių dirgiklių poveikio.

„Norėjome sukurti kažką „suderinamo“, – pasakoja E. Tomasas.

Mokslininkai viską pradėjo nuo plonos savaime susiformuojančios struktūros kopolimero plėvelės, sudarytos iš tarpusavyje besikaitaliojančių polistirolio ir poli-2-vinilpiridino (2VP) sluoksnių. Nuo šių sluoksnių storio bei jų lūžio rodiklių priklauso, kokią spalvą atspindės gelis.

Palikę polistirolio sluoksnio storį pastovų ir išoriniais dirgikliais (pH ir druskos koncentracija) keisdami tik poli-2-vinilpiridino sluoksnio storį, tyrėjai sugebėjo išgauti skirtingas gelio spalvas vos per kelias sekundės dalis.

„Tai išmoningas bei lengvai įgyvendinamas būdas gaminti fotonines medžiagas, kurių plačios optinės savybės gali būti lengvai keičiamos“, – džiaugiasi Nacionalinio mokslo fondo Polimerų programos vadovas Andrius Lovingeris (Andrew Lovinger), finansavęs šiuos tyrimus.

Pagrindinis poli-2-vinilpiridino sluoksnio storio „valdymo“ būdas yra teigiamo krūvio suteikimas kiekviename 2VP struktūros segmente esančiam azotui. Tokiu būdu sudaroma polielektrolitinė grandinė, galinti įgyti daugiau kaip 1 tūkst. proc. savo užimamo tūrio vandenyje.

Jeigu krūviai išilgai grandinės pagrindo yra elektriškai ekranuoti nuo vienas kito (pavyzdžiui, į gelį prasiskverbusį vandenį įmaišius didelės koncentracijos druskos tirpalo), tada 2VP grandinės suyra į netvarkingus raizginius, primenančius siūlų kamuolį. Kai druskos jonai yra išplaunami, 2VP teigiami krūviai vėl pradeda stumti vienas kitą, ir grandinė išsiplečia priversdama išsiplėsti kiekvieną 2VP sluoksnį, o medžiagą – atspindėti kitą spalvą.

Kadangi dvistruktūrinio polimero plėvelė yra tam tikra vienmatė periodinė gardelė, galinti ribotai išsiplėsti tik viena kryptimi, jos atspindėtos bangos ilgis sudaro net iki 575 proc. pradinio bangos ilgio. Tai išties didelis laimėjimas, turint galvoje, jog ankstesnius spalvas keičiančius gelius sudarė tam tikro krūvio trimatės gardelės koloidai. Tokie koloidai plečiasi trimatėje erdvėje, o tai kur kas labiau riboja spalvos kitimą.

Naujosios rūšies geliai taip pat jautrūs slėgio, drėgmės bei temperatūros pokyčiams. „Galima panaudoti tiek mechaninį, tiek cheminį poveikį siekiant išgauti kuo didesnį atsaką, kuris kistų visame šviesos diapazone – nuo ultravioletinės (300 nanometrų) iki infraraudonosios ribos (1600 nanometrų)“, – priduria E. Tomasas.

Mokslininkų komanda taip pat tyrinėja gelį, keičiantį spalvą dėl įtampos kitimo.

Plačiau: MokslasPlius

Komentarai (0)