Alsidig nanokrystalgel kan muliggøre fremskridt inden for energi, forsvar og telekommunikation

Nye applikationer inden for energi, forsvar og telekommunikation kunne få et løft, efter at et hold fra University of Texas i Austin skabte en ny type "nanokrystalgel" - en gel sammensat af bittesmå nanokrystaller, der hver er 10.000 gange mindre end bredden af ​​et menneskehår, der er knyttet sammen til et organiseret netværk.

Kernen i holdets opdagelse er, at dette nye materiale er let at justere. Det vil sige, at den kan skiftes mellem to forskellige tilstande ved at ændre temperaturen. Dette betyder, at materialet kan fungere som et optisk filter, der absorberer forskellige frekvenser af lys, afhængigt af om det er i en geleret tilstand eller ej. Så den kan for eksempel bruges på ydersiden af ​​bygninger til at styre opvarmning eller køling dynamisk. Denne type optiske filter har også applikationer til forsvar, især til termisk camouflage.

Gelerne kan tilpasses til disse vidtspændende applikationer, fordi både nanokrystallerne og de molekylære linkere, der forbinder dem til netværk, er designerkomponenter. Nanokrystaller kan være kemisk indstillet til at være nyttige til at dirigere kommunikation gennem fiberoptiske netværk eller holde temperaturen på rumfartøjer stabil på fjerntliggende planetariske legemer. Linkere kan designes til at få geler til at skifte baseret på omgivelsestemperatur eller påvisning af miljøgifte.

"Du kan ændre den tilsyneladende varmesignatur af et objekt ved at ændre de infrarøde egenskaber af dets hud," sagde Delia Milliron, professor og formand for McKetta Department of Chemical Engineering i Cockrell School of Engineering. "Det kan også være nyttigt til telekommunikation, som alle bruger infrarøde bølgelængder."

Den nye forskning er offentliggjort i det seneste nummer af tidsskriftet Science Advances .

Holdet, ledet af kandidatstuderende Jiho Kang og Stephanie Valenzuela, udførte dette arbejde gennem universitetets Center for Dynamics and Control of Materials, et National Science Foundation Materials Research Science and Engineering Center, der samler ingeniører og videnskabsmænd fra hele campus for at samarbejde om materialer videnskabelig forskning.

Laboratorieeksperimenterne gjorde det muligt for holdet at se materialet ændre sig frem og tilbage mellem dets to tilstande af gel og ikke-gel (det vil sige fritsvævende nanokrystaller suspenderet i væske), som de udløste af specifikke temperaturændringer.

Supercomputersimuleringer udført på UT's Texas Advanced Computing Center hjalp dem med at forstå, hvad der skete i gelen på mikroskopisk niveau, når der blev påført varme. Baseret på teorier om kemi og fysik afslørede simuleringerne de typer kemiske bindinger, der holder nanokrystallerne sammen i et netværk, og hvordan disse bindinger brydes, når de rammes af varme, hvilket får gelen til at bryde ned.

Dette er den anden unikke nanokrystalgel skabt af dette hold, og de fortsætter med at forfølge fremskridt på denne arena. Kang arbejder i øjeblikket på at skabe en nanokrystalgel, der kan skifte mellem fire tilstande, hvilket gør den endnu mere alsidig og anvendelig. Den gel ville være en blanding af to forskellige typer nanokrystaller, der hver er i stand til at skifte mellem tilstande som reaktion på kemiske signaler eller temperaturændringer. Sådanne afstembare nanokrystalgeler kaldes "programmerbare" materialer. + Udforsk yderligere

Forskere syntetiserer hafnium-baserede, ledige stillinger af perovskit-nanokrystaller ved hjælp af varm injektionsmetode