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大自然为自我调节材料的突破提供灵感
2021年05月12日    阅读量:     新闻来源:中国化工网 okmart.com  |  投稿

长期以来,科学家一直在尝试发明可以以可预测的,自我调节的方式对外界做出反应的材料。现在,在马萨诸塞州阿默斯特大学进行的,并出现在美国国家科学院院刊上的新研究使我们离这一目标更近了一步。为了获得灵感,科学家们仰望大自然中国化工网okmart.com


rey鱼游泳,马走动和昆虫飞翔:这些行为中的每一种都是通过振动器网络实现的-产生重复运动的机制,例如摇动尾巴,迈步或拍打机翼。而且,这些自然振荡器可以以可预测的方式响应其环境。


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响应不同的信号,它们可以快速改变速度,在不同模式之间切换或完全停止改变。该论文的共同主要作者Hyunki Kim和波士顿大学的Subramanian Sundaram(最近从UMass Amherst获得高分子科学和工程学博士学位的人)说:“问题是,我们可以制造柔软的材料吗?


塑料,聚合物和纳米复合材料结构,它们能否以相同的方式响应?” 作为团队文件的答案,


团队解决的关键难题之一是使一系列振荡器相互协调工作,这是协调,可预测的运动的前提。科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程系教授Ryan Hayward,James和Catherine Patten表示:“我们已经开发出了一个新平台,我们可以在该平台上精确控制振荡器的耦合。” 


该平台还依赖于另一种自然力,即所谓的马兰戈尼效应(Marangoni effect),该现象描述了固体沿表面张力变化驱动的两种流体之间的界面运动。每次洗碗时,都会发生Marangoni效果的经典真实示例。


当您将洗洁精喷到装满水的锅中时,其表面均匀地撒下晚餐上的面包屑,您可以观察到一旦肥皂碰到面包屑,便会掉到锅的边缘。这是因为肥皂会改变水的表面张力,并且碎屑会从肥皂表面张力低的区域拉向表面张力仍然较高的锅边缘。


UMass的聚合物科学与工程教授,合著者Todd Emrick说:“归根结底,是要了解界面的作用以及将聚合物和金属材料结合到复合结构中所产生的深远影响。” 该团队使用肥皂和锅代替肥皂水,而是使用由聚合物凝胶和金纳米颗粒组成的水凝胶纳米复合材料圆盘,这些圆盘对光和温度的变化敏感。


结果是该团队能够设计出各种各样的振荡器,这些振荡器可以彼此一致地移动,并可以预测地响应光线和温度的变化。Kim说:“我们现在可以设计出能够响应外部刺激的复杂耦合行为。”


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