Nanofiber tæppe kan føre til nye klæbrige eller isolerende overflader

Inspireret af de ekstraordinære egenskaber ved isbjørnpels, lotusblade og geckofødder, ingeniørforskere har udviklet en ny måde at lave arrays af nanofibre, der kan bringe os belægninger, der er klæbrige, frastødende, isolerende eller lysemitterende, blandt andre muligheder.

"Dette er så fjernet fra alt, hvad jeg nogensinde har set, at jeg ville have troet, at det var umuligt, "sagde Joerg Lahann, en professor i kemiteknik ved University of Michigan og seniorforfatter af undersøgelsen i tidsskriftet Videnskab .

Forskere ved UM og University of Wisconsin gjorde den noget serendipitøse opdagelse, som afslørede en ny og kraftfuld metode til fremstilling af arrays af fibre, der er hundredvis af gange tyndere end et menneskehår.

Isbjørnhår er struktureret til at slippe lys ind, samtidig med at varmen ikke slipper ud. Vandafvisende lotusblade er belagt med arrays af mikroskopiske voksagtige tubuli. Og nanoskalahårene på bunden af ​​tyngdekraftsbekæmpende gekkofødder kommer så tæt på andre overflader, at atomkraften tiltrækker sig. Forskere, der ønsker at efterligne disse supermagter og mere, har haft brug for en måde at oprette de minimale arrays, der udfører arbejdet.

"Grundlæggende dette er en helt anden måde at lave nanofiber -arrays på, "Sagde Lahann.

Forskerne har vist, at deres nanofibre frastødte vand som lotusblade. De voksede lige og buede fibre og testede, hvordan de hængte sammen som velcro - og fandt ud af, at snoede fibre med uret og mod uret strikkede mere tæt sammen end to arrays med lige fibre.

De eksperimenterede også med optiske egenskaber, at lave et materiale, der glødede. De mener, at det vil være muligt at lave en struktur, der fungerer som isbjørnspels, med individuelle fibre struktureret til at kanalisere lys.

Men molekylære tæpper var ikke den oprindelige plan. Lahanns gruppe arbejdede med Nicholas Abbott, dengang professor i kemiteknik ved UW-Madison, at lægge tynde film af kædelignende molekyler, kaldet polymerer, oven på flydende krystaller. Flydende krystaller er bedst kendt for deres brug i displays som fjernsyn og computerskærme. De forsøgte at lave sensorer, der kunne detektere enkelte molekyler.

Lahann bragte ekspertisen i at producere tynde film, mens Abbott ledede designet og produktionen af ​​de flydende krystaller. I typiske forsøg, Lahanns gruppe fordamper enkelte led i kæden og lokker dem til at kondensere på overflader. Men de tynde polymerfilm blev undertiden ikke realiseret som forventet.

"Opdagelsen forstærker min opfattelse af, at de bedste fremskridt inden for videnskab og teknik sker, når tingene ikke går som planlagt, "Abbott sagde." Du skal bare være opmærksom og se mislykkede eksperimenter som muligheder. "

I stedet for at belægge toppen af ​​den flydende krystal, leddene gled ind i væsken og forbundet med hinanden på glasskiven. Flydende krystal førte derefter formerne for nanofibrene, der voksede op fra bunden, skabe tæpper i nanoskala.

"En flydende krystal er en relativt uordnet væske, alligevel kan det skabelonere dannelsen af ​​nanofibre med bemærkelsesværdigt veldefinerede længder og diametre, Sagde Abbott.

Og de lavede ikke kun lige tråde. Afhængigt af den flydende krystal, de kunne generere buede fibre, som mikroskopiske bananer eller trapper.

"Vi har meget kontrol over kemien, typen af ​​fibre, fibrernes arkitektur og hvordan vi deponerer dem, "Lahann sagde." Dette tilføjer virkelig meget kompleksitet til den måde, vi kan konstruere overflader på nu; ikke bare med tynde todimensionale film, men i tre dimensioner. "

Undersøgelsen har titlen "Template nanofiber syntese via kemisk damppolymerisering til flydende krystallinske film."