بسیاری از درس های زندگی از درختان آموخته می شود. صبر کن، عقب نشینی نکن چیزهای خوب زمان می برد. خم شو، نشکن. اما جدای از استعاره ها، همسایگان درختی باشکوه ما دانش علمی زیادی ارائه می دهند - و ما چیزهای زیادی برای یادگیری داریم.
همانطور که وجود دارد، درختان اولین دانشمندانی بودند که مواد را در طبیعت مطالعه کردند. مانند بسیاری از گیاهان، آنها دارای سیستم های آوندی، شبکه هایی از کانال های لوله ای هستند که آب و سایر مواد مغذی حیاتی را از ریشه، به شاخه و برگ ها منتقل می کند.
یک تیم تحقیقاتی در موسسه علوم و فناوری پیشرفته Beckman یک فرآیند شیمیایی برای ایجاد پلیمرهای فوم دار با سیستم های عروقی خود ایجاد کرده اند که جهت و تراز کانال های توخالی را کنترل می کنند تا پشتیبانی ساختاری و حرکت موثر سیالات را از طریق مواد فراهم کنند.
کار آنها "فوم های ناهمسانگرد با پلیمریزاسیون پیشانی" در سال منتشر شد مواد پیشرفته.
ساختار ساده شده
فوم‌های پلیمری عایق‌های حرارتی مؤثری هستند که از بسته‌بندی گرفته تا خنک‌کننده تا عایق‌سازی خانه کاربرد دارند. کانال‌های توخالی اغلب در طول فرآیند پلیمریزاسیون تشکیل می‌شوند، اما روش‌های موجود برای تنظیم دقیق ساختار آنها - یا تبدیل آنها به چیزی شبیه یک سیستم عروقی فعال - به تکنیک‌ها و ابزارهای پیچیده متکی است. این تیم به رهبری دیگو آلزات سانچز به دنبال طراحی روش ساده تری است.
آلزات می گوید: "در تیم تحقیقاتی ما، این ساختارهای رگه مانند را در پلیمرها دیده ایم. اما در حالی که برخی از دانشمندان فقط کانال ها را به عنوان حفره های خالی که پلیمر را ضعیف می کنند، می دیدند، ما آنها را فرصتی برای ایجاد چیزی مولد می دانستیم." سانچز، دانشمند، عضو فوق دکتری در موسسه بکمن.
برای این تیم در دانشگاه ایلینویز، کانال های طبیعی دلیلی برای نگرانی نبودند، بلکه منبع الهام علمی - یا بهتر است بگوییم الهام زیستی بودند.
گوش دادن به برگ ها
با نگاهی به بلوط ها و افراهایی که در محوطه دانشگاه Urbana نقطه چین شده اند، محققان به دنبال تجهیز فوم پلیمری به یک سیستم عروقی هستند که ساختار موجود در درختان را تقلید می کند. سازماندهی سیستم فاضلاب در یک ساختار موازی امکان انتقال مایعات را در یک جهت از پیش تعیین شده فراهم می کند.
جفری مور، مدیر مؤسسه بکمن و محقق اصلی گفت: «به تنه درخت فکر کنید. "آب باید در جهت درست حرکت کند، از ریشه ها به برگ ها. باید از نقطه A به نقطه B به مستقیم ترین شکل ممکن برسد، نه به نقطه C یا هر جای دیگر کاملا."
از آنجا که حرکت در یک جهت به حرکت در جهت دیگر ترجیح داده می شود، این ساختار ناهمسانگرد یا ناهموار شناخته شده است. خطوط مجاور در بزرگراه شمالی را تصور کنید. سفر به شرق یا غرب بسیار چالش برانگیزتر از سفر به پایین دست است. پیش از این، اکثر سیستم‌های عروقی تعبیه‌شده در مواد فوم از ساختار همسانگرد پیروی می‌کردند و کانال‌ها به طور یکنواخت در همه جهات حرکت می‌کردند. اگر ناهمسانگردی یک بزرگراه است، ایزوتروپی عرصه ای از وسایل نقلیه زرهی است که در مسیرهای پیچ در پیچ و چند جهته با یکدیگر در هم تنیده می شوند.
بیشتر از مایعات
برای یک دانشمند مواد، بزرگراه عروقی یک طرفه فرصت‌های منحصر به فردی را برای هدایت بیش از آب فراهم می‌کند.
در این مطالعه، Alzate-Sanchez و تیم او استفاده از کانال ها را برای انتقال مایعات از طریق پلیمرها در جهت از پیش تعیین شده نشان دادند. با نگاهی به آینده، توانایی تولید جریان هدایت شده می تواند شامل اشکال مختلفی از انرژی باشد.
"مواد با خواص ناهمسانگرد مهم هستند. به عنوان مثال، عایق های حرارتی ناهمسانگرد می توانند گرما را در یک جهت هدایت کنند و آن را در جهت مخالف مسدود کنند. همین امر در مورد الکتریسیته، نور یا حتی صدا نیز صدق می کند. بسته به اینکه چگونه فوم را تراز می کنید، صدا می تواند حرکت کند. آلزاته سانچز گفت: در یک جهت، اما در جهت دیگر مسدود خواهد شد.
برای تعیین چگونگی کنترل ساختار سلولی مواد فوم شده - و به ویژه ناهمسانگردی نیرو - تیم هر یک از اجزای واکنش شیمیایی مورد استفاده برای ایجاد پلیمر را تجزیه و تحلیل کرد.
واکنش با ترکیب یک مونومر به نام دی سیکلوپنتادین یا DCPD آغاز می شود. کاتالیزور؛ و یک عامل دمنده که به محصول نهایی قوام کف مانند آن کمک می کند. این مخلوط که رزین نام دارد در لوله آزمایش ریخته می شود. گرم کردن لوله باعث پلیمریزاسیون فرونتال می شود، واکنشی که رزین را به یک جامد سلولی کف شده سخت یا سخت می کند. محصول نهایی پلی-DCPD است، مونومر اصلی DCPD پلیمریزه شده است.
سه تا از اجزای واکنش کنترل شدند: نوع عامل دمنده استفاده شده. غلظت عامل دمنده؛ و زمان ژل شدن رزین ژل شدن توسط پلیمریزاسیون پس زمینه ایجاد می شود و به زمان تاخیر قبل از شروع پلیمریزاسیون جلویی اشاره دارد، زمانی که رزین در دمای اتاق به تدریج یک قوام نرم و ژل مانند در لوله به دست می آورد.
محققان دریافتند که ویسکوزیته رزین - یا جریان پذیری آن، نتیجه مستقیم نرم شدن آن در طول دوره ژل شدن - قوی ترین شاخص ناهمسانگردی در محصول نهایی است. به عبارت دیگر، افزایش یا کاهش زمان ژل شدن امکان کنترل مستقیم ساختار سلولی فوم را فراهم می کند.
مور گفت: «این کار راهی سریع و مؤثر برای ایجاد ساختارهای عروقی هدفمند از اجزا و فرآیندهای ساده ارائه می‌کند.
طراحی آزمایشی فاکتوریل کامل این تیم شامل آزمایش روشی 100 ترکیب مختلف عامل دمنده، غلظت و زمان ژل شدن و اندازه گیری سطوح ناهمسانگردی، سختی و درجه تخلخل به دست آمده با هر تغییر است.
تلاش مشترک
هر نمونه فوم توسط توموگرافی میکروکامپیوتری اشعه ایکس آنالیز شد. جفت شدن جدید فوم پلیمری با تصاویر میکرو CT - یک فناوری که معمولاً برای تجزیه و تحلیل مواد جامد حفظ می شود - یک تلاش مشترک منحصر به فرد با مشارکت نویسنده همکار ماریانا کرش، دانشیار علوم و مهندسی مکانیک بود.
کرش گفت: "کاری که بکمن به خوبی انجام می دهد، ترویج فرهنگی است که در آن ما می دانیم که چیزهای زیادی برای یادگیری از یکدیگر داریم، حتی اگر برنامه های ما متفاوت باشد." "این تبادل و تمایل به یادگیری در مورد چیزی غیر از رشته اصلی شما به این معنی بود که این ایده که ابزارهای استخوانی ما می توانند برای مشخص کردن تخلخل در فوم استفاده شوند، ناگهان واضح و شهودی به نظر می رسید.
علاوه بر آلزات سانچز، مور و کرش، از نویسندگان مشترک این مطالعه، مورگان سنسر، دستیار فارغ التحصیل، مایکل روگالسکی و نانسی سوتوس، فارغ التحصیل اخیر در علم و مهندسی مواد، و رئیس مایبل لیلاند سوانلوند در علم و مهندسی مواد در UIUC هستند.
نقل قول: رگه‌های الهام‌گرفته شده ساختار، سیالات انتقال را در پلیمرهای فوم‌دار ارائه می‌دهند (2022، 12 ژانویه)، استخراج شده در 12 ژانویه 2022 از https://phys.org/news/2022-01-bioinspired-veins-fluids-foamed- polymers.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- Red Bulls بازیکن برایان سفید است تعجب آور هدف جدید در طول مستند
- 'آن را خطرناک نمی شود ارسال یک پیام روشن به آمریکا: ایالات متحده بازدید 143,500 جدید کروناویروس موارد بیش از جولای چهارم تعطیلات — با موج در فلوریدا و تگزاس
- Dolphins’ win over Jaguars comes with odd Ryan Fitzpatrick milestone
- بزرگترین متس بازنده با MLB در برگزاری
- متس ضربه مربی فلفل قرمز دیویس خواهد بود کار از راه دور
- تجهیزات و علوم آزمایشگاهی - مجله آزمایشگاهی لب ویکی
- زندانیان (فیلم ۲۰۱۳)
- C. elegans به طور تصادفی توانایی خود را در تشخیص نمک رد نمی کند
- 6 Louisville police officers are under internal investigation for their roles in fatal Breonna Taylor shooting
- بیکر میفیلد 'خوب' با از دست دادن طرفداران بیش NFL زانو موضع