Neparasti šķidrumi uzsist, griezt un no jauna definēt, kā darbojas šķidrumi


Neierobežojot ar trauku, šķidrumi izšļakstīsies, ieplēsīs un izšļakstīsies. Viņi mainās savā apkārtnē kā peļķes un straumi, lielākoties ārpus cilvēka kontroles.

Lauren Zarzar mēģina padarīt paklausīgākus šķidrumus. Pensilvānijas štata universitātes materiālu zinātnieks Zarzars izstrādā šķidrumus, kurus viņa var pieradināt, – šķidrumus, kas pavēl vai pārvietojas vai maina formu. Tas varētu nozīmēt ūdens cauruli, kas saglabā savu formu otrā šķidruma iekšpusē, vai pilienu, kas, iedarbojoties gaismai, sadalās divās dažādās eļļās. Pēc visiecienīgākā līmeņa šie šķidrumi pat varētu kļūt par elektronisko shēmu komponentiem. Pētnieki jau ir izgatavojuši visu šķidrumu vadus un antenas.

Zarzars strādā ar niecīgām pilieniņām, kuru izmērs ir apmēram desmitdaļa milimetra. Šīs pilītes sastāv no divu veidu eļļām, viena ir ievietota otrā, piemēram, karameles šokolādē. Kad viņa maina piliena apkārtnes temperatūru, viņa var likt pilienam pagriezties uz āru.

Viņi nav pārliecināti, ko viņi vēlas darīt ar pilieniem, bet Zarzars iedomājas, ka jūs varētu tos izmantot ķīmisku reakciju izraisīšanai: Ievietojiet katalizatoru dažu pilienu iekšpusē, ielejiet tos reaģentu traukā un, kad vēlaties, lai reakcija sāktu vienkārši uzsist pilienu iekšpusē. Vai arī viņa domā, ka tos varētu modificēt kā šķidras objektīvus mikroskopiskai kamerai, kas maina fokusu, morfējot reālajā laikā.

Bet lietojumprogrammās nav atspoguļota radošā maiņa, kas notiek tagad, kā materiāli zinātnieki uzskata šķidrumus. "Kad cilvēki domā par šķidrumu, viņi domā par ķīmisku vielu kolbā, kas neko nedara," saka Zarzars. "Mēs domājam par šķidrumu kā materiālu, par to, kā izmantot tā struktūru un pielāgošanās spēju."

Viens mērķis ir izstrādāt šķidrumus, kas saglabā pielāgotu formu bez traukiem vai veidnēm. Lai to izdarītu, materiālu zinātnieks Toms Rasels un viņa kolēģi Lawrence Berkeley Nacionālajā laboratorijā ir modificējuši 3D printeri, lai izgatavotu dažādas visu šķidrumu struktūras. Izmantojot šļirci, kas piestiprināta printerim, viņi var ievadīt ūdens spirāles apkārtējā ūdenstilpē. Spirāles saglabā savu formu, jo printeris tajā iesmidzina nanodaļiņas, kas ap struktūru veido īpaši plānu membrānu. Tas ir gandrīz kā dūmu gredzenu pūšana, izņemot šķidrumu. "Mēs varam izdrukāt šķidruma mēģeni citā," saka Rasels.

Izmantojot šo printeri, viņa kolēģis Brets Helms, ķīmiķis, ir izveidojis šķidrumu ar trauka iekšējo struktūru. Šķidrums atrodas uz mikroskopa priekšmetstikliņa kā maza peļķe ar kanālu, kas tam cauri virzās, un to atbalsta nanodaļiņu membrāna.

Zilais šķidrums, kas satur nanodaļiņas, pārvietojas caur otru šķidrumu. Nanodaļiņas veido membrānu, kas novērš abu šķidrumu sajaukšanos.

Lai pagatavotu šo strukturēto šķidrumu, Helms un viņa līdzstrādnieki mikroskopa priekšmetstiklu vispirms pārklāja ar ūdeni atgrūdošas plastmasas paraugu, kas nosaka kanāla formu. Pēc tam viņi izmanto 3D printeri, lai uz priekšmetstikliņa novietotu divus šķidrumus, no kuriem katrs satur dažāda veida nanodaļiņas. Ja nanodaļiņas satiekas, tās veido membrānu, kas šķidruma iekšpusē ļauj veidot stabilu kanālu. Viņi vēlas izmantot šīs šķidrās struktūras, lai izpētītu, kā notiek ķīmiskās reakcijas, saka Helms. Piemēram, mainot kanāla ģeometriju, viņi var kontrolēt, cik ātri notiek ķīmiskās reakcijas, potenciāli ļaujot tām palēnināt procesu, lai detalizētāk novērotu molekulu dinamiku.