211service.com
Smarte krystaller
Forskere i Japan har opdaget organiske krystaller, der ændrer form, når de belyses med ultraviolet lys, og derefter vender tilbage til deres oprindelige form under synligt lys. I en 11. april Natur papir viser de, at krystallerne kan gå frem og tilbage mellem de to forskellige former op til 100 gange, før de revner. Krystallerne kan føre til bittesmå maskiner, der drives af lys, svarende til nutidens mikroelektromekaniske systemer, der bruges i mikrofluidikchips og optiske kommunikationssystemer, som drives af elektricitet.
Nanokraft: Et tyndt knurhår af krystal bøjes, når det udsættes for ultraviolet lys, og skubber en guldpartikel (set som en sort plet) 90 gange dens vægt 30 mikrometer. Skinnende synligt lys på krystallen retter den op.
Forskerne, anført af Masahiro Irie , en kemiprofessor ved Kyushu University, i Fukuoka, skiftevis skinner ultraviolet og synligt lys på en rektangulær krystal for at få den til at trække sig sammen og derefter strække sig tilbage til sin oprindelige længde. De har også skabt en stavformet krystal, som de var i stand til at bøje og derefter rette op så mange som 80 gange. Når den bøjer sig, kan stangen skubbe en guldmikropartikel, som er 90 gange tungere end krystallen, gennem en afstand på 30 mikrometer.
Tidligere opfandt Irie en type organisk molekyle, der skifter farve som reaktion på lys; han beskrev det første gang i midten af 1980'erne. Mens han studerede enkeltkrystaller af disse molekyler, fandt hans forskerhold ud af, at krystallerne også ændrer form. Vi var [meget] spændte på at se den foto-inducerede form ændre sig for første gang, siger Irie.
Visse polymerer og glas er kendt for at ændre form, når de udsættes for lys. Men det er første gang, forskere har set effekten i krystaller, siger Tomiki Ikeda , professor i polymerkemi ved Tokyo Institute of Technology. Deres regelmæssige struktur kan gøre formændrende krystaller nyttige i forskellige applikationer. Det betyder, at man kan fremkalde en præcis formændring, siger Ikeda. Hver gang vil du have den samme ændring i form, når du udsættes for det samme lys med samme intensitet ... hvilket er meget vigtigt for præcis kontrol af mekanisk arbejde i mikrometerstore enheder.
For eksempel kunne krystallerne inkorporeres i mikrofluidikchips for at skubbe små mængder væske gennem smalle kanaler; væsker flyttes i øjeblikket med spænding eller tryk fra eksterne pumper. Det er meget pænere, hvis du kunne gøre det med lys i stedet for at forbinde elektroder eller påføre varme på det, noget der måske ville forstyrre den proces, du forsøger at kontrollere, siger Mark Warner , en teoretisk fysiker ved Cambridge University, der studerer formændrende materialer.
Formskiftende krystaller kunne også bruges i næste generations switche i fiberoptiske kommunikationssystemer. I disse systemer går pakker af data, der rejser fra det ene punkt til det andet, gennem flere hubs, hvor de skiftes til den korrekte rute. I øjeblikket konverteres lysimpulser til elektriske signaler til omskiftning, men hurtige næste generations switche kan bruge mikroskopiske spejle til at reflektere lyset fra en optisk fiber til en anden. Krystallerne kunne bruges til at flytte spejlene.
De formændrende krystaller har nogle andre fordele i forhold til polymerer og glas til brug i mikromekaniske applikationer, fordi de reagerer på lys relativt hurtigt og med betydelige ændringer. De viser en meget mere dramatisk effekt, end der er tilgængelig i andre materialer, siger J. Michael McBride , professor i organisk kemi ved Yale University i New Haven, CT. Krystallerne reagerer på lys hurtigere end polymerer gør, og transformeres på 25 mikrosekunder, mens polymerer tager et par sekunder. Og de undergår mere deformation end briller gør. Den rektangulære krystal trækker sig for eksempel sammen med 5 til 7 procent af sin længde, mens glasagtige molekyler ændres med omkring 2 procent. Men Warner påpeger, at selvom polymerer er langsommere til at reagere, viser visse gummiagtige polymerer mere end 100 procent deformation, så de kan være mere nyttige. Det afhænger af den applikation, du har i tankerne.
Irie fortæller, at hans forskerhold nu forsøger at forberede forskellige typer krystaller, der kunne klare formændringer mange mere end 100 gange uden at revne. Holdet designer også nye forbindelser, der viser forskellige former for formændringer, såsom at gå fra en stangform til en pladeform.