Версия для слабовидящих
Из пленок масла научились получать упорядоченные микроструктуры Печать Email
Новости об инновациях
27.05.2015

Коллектив ученых из Японии и Франции разработал метод получения упорядоченного массива микрокапель фторуглеродов при помощи термодинамических неустойчивостей в системе «вода-масло». В своей работе, опубликованной в Nature Communications, авторы описали динамику поведения капли фторуглерода на поверхности воды. В такой системе образовывались «дырки» в пленке на поверхности, которые расширялись и в итоге образовывали упорядоченные гексагональные массивы капель. Подобный метод может использоваться в синтезе различных наноматериалов, в которых взаимное расположение составляющих частей оказывает принципиальное влияния на итоговые свойства.

nplus1-oil-film-1.jpgДвухмерный массив капель фторуглерода на поверхности воды. Фотография: Daigo Yamamoto et al./ Nature Communications (2015)

Ученые наносили каплю перфтороктилбромида (PFOB, C8F17Br) на поверхность деионизированной воды. Крайне гидрофобный PFOB («масло») сразу растекался в виде пленки по всей поверхности воды. Вслед за этим сказывалось другое свойства PFOB — летучесть. Из-за испарения вещества пленка в нескольких местах становилась тоньше, что приводило к образованию неустойчивости: пленка начинала сокращаться, то есть в ней образовывалась «дырка».

Само по себе образования дырки в масляной пленке не является чем-то новым. Например, такое же поведение наблюдается для циклогексана на поверхности воды. Однако в новой работе образование происходило необычным образом: по ее периметру на поверхности пленки появлялись «бугорки». Это явление носит название «жемчужная неустойчивость». По мере увеличения размера отверстия «бугорки» оставались на месте и в итоге отрывались в виде капель.

nplus1-oil-film-2.jpgСхема образования массива капель Изображение: Daigo Yamamoto et al./ Nature Communications (2015)

Граница отверстия продолжала расширяться, образуя новые капли, таким образом на поверхности образовывались упорядоченные двухмерные структуры. Следуя мотиву шестиугольников, от центра отверстия к ее краям располагались «пунктиры» из капель масла. Поскольку этот процесс одновременно протекал сразу в нескольких разных частях лабораторной системы, через некоторое время поверхность воды покрывалась большим числом упорядоченных капель. Такая структура, по словам ученых, сохраняла устойчивость достаточно долго, чтобы ее можно было использовать в каких-либо синтетических методиках.

Авторы предполагают, что особенности их системы диктуются характеристиками пленки PFOB. Для нее существует критическая толщина, выше или ниже которой резко изменяется расклинивающее давление — величина, определяющая устойчивость и эволюцию пленки. Вблизи образовавшегося «бугорка» на краю отверстия происходит резкий перепад высоты, а значит — и резкое изменение расклинивающего давления. Последующее образование упорядоченных структур является прямым следствием этих процессов.

Термодинамические и гидродинамические неустойчивости давно являются широкой областью исследований в коллоидной физике. Эти явления широко распространены в повседневной жизни: например, из-за неустойчивости Рэлея-Плато слабая струя воды из-под крана распадается на капли. Ряд неустойчивостей играет большую роль в технологических задачах: так, при прокачки нефти через воду может возникнуть неустойчивость Саффмана-Тейлора — образование «вязких пальцев», которые отрицательно сказываются на ходе процесса.

nplus1-oil-film-3.jpg«Вязкие пальцы», возникающие из-за неустойчивости Саффмана-Тейлора. Фотография: Dustin Grace, Jessica Todd, Marilyn Poon, and Robert Neilson/University of Colorado

Все неустойчивости возникают тогда, когда в системе есть противодействие нескольких эффектов, близких по величине. Чаще всего в «жидких» системах речь идет о капиллярных силах (смачивание), вязких силах (эффекты течения) и давлении вблизи искривленных поверхностей (закон Лапласа). Противостояние этих эффектов стремится снизить общую энергию системы, что в итоге и приводит к образованию порой необычных пространственных структур.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/iz-plenok-masla-nauchilis-poluchat-uporyadochennye-mikrostruktury

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта