나노 입자 슈퍼 비누는 조각 가능한 유체로서 잠재력을 가진 '비젤'을 만듭니다

에너지와 로렌스 버클리 국립 연구소 (Berkeley Lab)의 연구원들이 개발 한 새로운 2 차원 필름은 폴리머와 나노 입자로 만들어졌으며, 두 가지의 비 혼합 액체를 다양한 이국적인 건축물로 보낼 수 있습니다. 이 발견은 연약한 로봇 공학, 액체 회로, 형태 이동 유체 및 고체가 아닌 연질 물질을 사용하는 수많은 새로운 물질로 이어질 수 있습니다.

네이처 나노 테크놀로지 (Nature Nanotechnology ) 저널에 오늘보고 된이 연구 는 촉매 반응, 전기 전도도 및 에너지 변환을 지원할 수있는 가단성 액체로서의 가능성을 지니고있는 비 연속 잼 에멀젼 젤 또는 비젤로 알려진 물질의 종류에 최신 항목을 제시합니다.

비젤은 전형적으로 비혼 화성 또는 비 혼합 액체로 제조된다. 샐러드에 드레싱을 쏟기 전에 비네 그레트 한 병을 흔드는 사람들은 그러한 액체에 익숙합니다. 떨림이 멈추자 마자 액체는 다시 분리되기 시작하며 밀도가 낮은 액체 (종종 오일)가 위로 올라갑니다.

이러한 비혼 화성 액체가 만나는 입자가 갇히거나 막히면 액체가 완전히 분리되어 물질이 비젤로 안정화되는 것을 막을 수 있습니다. 비젤을 현저하게 만드는 것은 오일과 물을 혼합하려고 할 때 일반적으로 볼 수있는 구형 방울을 만드는 것보다 계면의 입자가 액체를 상호 연결된 유체 채널의 복잡한 네트워크로 만듭니다.

그러나 Bijels는 정확한 시간 단계에서 정확한 온도를 포함하는 것으로 악명 높은 것으로 악명이 높습니다. 또한, 액체 채널은 일반적으로 5 마이크로 미터를 초과하여 에너지 변환 및 촉매에 유용하기에는 너무 큽니다.

연구 책임자 인 Caili Huang은“비젤은 에너지 응용 및 화학 합성을위한 차세대 재료로 오랫동안 관심을 가져왔다. "문제는 그것들을 충분히 만들고 있으며, 적당한 크기의 특징을 가지고있다.이 연구에서 우리는 그 문제를 해결한다."

Huang은 Berkeley Lab의 재료 과학 부서의 연구 책임자 인 Thomas Russell과 대학원생으로 일을 시작했으며 DOE의 Oak Ridge National Laboratory에서 박사 후 연구원으로 프로젝트를 계속했습니다.

새로운 비젤 레시피 만들기

이 새로운 연구에 설명 된 방법은 직경이 약 10-20 나노 미터 인 특수 코팅 된 입자를 먼저 사용함으로써 비젤 공정을 단순화합니다. 더 작은 크기의 입자는 기존의 비젤에 사용 된 것보다 훨씬 빠르게 액체 계면을 정렬하여 응용 분야에 높은 가치의 작은 채널을 만듭니다.

버클리 연구소의 방문 교수 과학자 인 러셀은“우리는 기본적으로 기름과 물과 같은 액체를 취해 구조를 변경했으며, 그 구조는 변경 될 수있다”고 말했다. "나노 입자가 전기적, 자기 적 또는 기계적 자극에 반응한다면, 비젤은 외부 필드에 의해 요구에 따라 재구성 가능하고 재 형성 될 수있다."

연구원들은 리간드가 용해 된 톨루엔과 나노 입자를 함유 한 탈 이온수와 같은 다양한 유기 비 수용성 용매에서 새로운 비젤을 제조 할 수 있었다. 액체의 완전한 혼합을 보장하기 위해, 이들은 에멀젼을 분당 3,200 회전으로 소용돌이 회전시켰다.

Berkeley Lab의 재료 과학 부서의 박사 후 연구원 인 Joe Forth는“이처럼 극심한 흔들림으로 인해 입자와 중합체가 서로 만나는 새로운 장소가 많이 생겼습니다. "당신은이 물질을 많이 합성하고 있는데, 이는 사실상 시스템의 액체 표면을 2 차원으로 얇게 코팅하는 것입니다."

액체는 1 주일이 지난 후에도 시스템의 안정성을 나타내는 비젤로 남아있었습니다.

매사추세츠-애 머스트 대학 (University of Massachusetts-Amherst)의 고분자 과학 및 공학 교수 인 러셀 (Russell)은 이러한 형상 변화 특성이 미세 반응기, 미세 유체 장치 및 연성 액추에이터에 유용 할 것이라고 덧붙였다.

나노 입자 슈퍼 비누

나노 입자는 작은 크기로 인해 액체 계면에 갇히기 어렵 기 때문에 이전에 비젤에서 심각하게 고려되지 않았다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 나노 크기의 입자를 카르 복실 산으로 코팅하여 물에 넣었다. 그런 다음 암모니아 유도체 인 아민 기가 첨가 된 폴리머를 톨루엔에 용해시켰다.

이러한 구성은 비누와 같은 계면 활성제에 필적하는 특성 인 물에 대한 아민 기의 친 화성을 이용 하였다. 그들의 나노 입자 "슈퍼 비누"는 나노 입자가 리간드와 결합하여 계면에 걸리는 극성 머리와 비극성 다리로 문어와 같은 모양을 형성하도록 설계되었다.

Berkeley Lab의 Molecular Foundry의 연구원 인 Brett Helms는“Bijels는 실제로는 새로운 재료이며,이 특이한 구성에서 운동 학적으로 체포된다는 점에서 흥미롭게도 이상하다”고 말했다. "간단한 성분으로 이러한 비젤을 만들 수 있다는 발견은 놀라운 일입니다. 우리 모두는 오일과 물 및 나노 결정에 접근 할 수있어 비젤 속성을 광범위하게 조정할 수 있습니다.이 플랫폼을 통해 모양과 기능을 제어하는 ​​새로운 방법을 실험 할 수도 있습니다. 응답 성이 뛰어나고 재구성이 가능하기 때문입니다. "

나노 입자는 실리카로 만들어졌지만 연구자들은 이전 연구에서 나노 입자 계면 활성제를 형성하기 위해 그래 핀과 탄소 나노 튜브를 사용했다고 언급했다.

러셀은“핵심은 나노 입자가 많은 물질로 만들어 질 수 있다는 것이다. "가장 중요한 것은 표면에있는 것입니다."