Термопластичный нанокристаллический гель для применения в энергетике, обороне и связи

(Новости Нанверка) Новые приложения в энергетике, обороне и связи могут получить импульс после того, как команда из Техасского университета в Остине создала новый тип «нанокристаллического геля» — гель, состоящий из крошечных нанокристаллов, каждый из которых в 10 000 раз меньше ширины человеческого тела. волосы соединяются вместе в организованную сеть.

Суть открытия команды заключается в том, что этот новый материал можно легко настроить. То есть он может переключаться между двумя разными состояниями, изменяя температуру. Это означает, что материал может действовать как оптический фильтр, поглощая различные частоты света в зависимости от того, находится ли он в гелеобразном состоянии или нет. Поэтому его можно использовать, например, на внешней стороне зданий для динамического управления обогревом или охлаждением. Этот тип оптического фильтра также имеет применение для защиты, особенно для теплового камуфляжа. Колориметрический количественный анализ связывания в термопластичных нанокристаллических гелевых сборках.

Гели могут быть адаптированы для этих разнообразных приложений, поскольку и нанокристаллы, и молекулярные связи, соединяющие их с сетями, являются специально разработанными компонентами. Нанокристаллы могут быть химически настроены, чтобы их можно было использовать для маршрутизации связи по оптоволоконным сетям или поддержания постоянной температуры космического корабля на удаленных планетарных объектах. Соединения могут быть спроектированы так, чтобы изменять гели в зависимости от температуры окружающей среды или обнаружения токсинов в окружающей среде.

«Вы можете изменить кажущуюся тепловую сигнатуру объекта, изменив инфракрасные свойства его кожи», — сказала Делия Мелирон, профессор и заведующая кафедрой химической инженерии Макиты в Инженерной школе Кокрелла. «Это также может быть полезно для телекоммуникаций, использующих инфракрасные волны».

Новое исследование опубликовано в журнале научный прогресс («Колориметрическая количественная оценка связывания в термически обратимых нанокристаллических гелевых сборках»).

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. научное исследование.

Лабораторные эксперименты позволили команде увидеть изменение материала между его желеобразным и негелевым состояниями (то есть свободно плавающими нанокристаллами, взвешенными в жидкости), которое они вызывали из-за определенных изменений температуры.

Моделирование на суперкомпьютере, проведенное в Центре передовых 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 под воздействием тепла, вызывая растрескивание геля.

Это второе уникальное поколение нанокристаллов, созданное этой командой, и они продолжают добиваться прогресса в этой области. В настоящее время Канг работает над созданием наногеля, который может изменяться между четырьмя состояниями, что делает его 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. Эти перестраиваемые нанокристаллические гели называются «программируемыми» материалами.