Цивилизация
Хорошо известно, что вода и масло не смешиваются, не образуют растворов. Однако при добавлении нановолокон они могут не только смешаться, но и помочь получить новые материалы с ценными свойствами.
Группа ученых из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе разработала новый метод покрытия больших поверхностей особыми тонкими пленками нановолокон – прозрачными и электропроводимыми. Новый метод, о котором рассказывается в Proceedings of the National Academy of Sciences, отличается большей простотой и может быть использован в микроэлектронике и изготовлении солнечных батарей.
Метод представляет собой активное смешивание воды, плотного масла и полимерных нановолокон. После активного «взбалтывания» такая смесь эффективно распространяется по поверхности почти любой площади, образуя тонкую пленку.
«Красота этого метода – в его простоте. Используемые материалы недорогие и легко утилизируемые, в качестве подложки можно использовать практически любую поверхность, в результате образуется тонкая пленка постоянной по всей площади толщины, весь процесс занимает секунды и проходит при комнатной температуре», — пояснил профессор химии и биохимии Ричард Канер, руководитель работы, слова которого приводит пресс-служба университета.
Проводящие полимеры совмещают в себе гибкость и прочность пластиков с электропроводящими свойствами, характерными для металлов, и обладают гигантским потенциалом для практического применения.
Ученые предлагали использовать их в микросхемах, электронных платах, а также для создания ионисторов — конденсаторов высокой емкости, однако все попытки начать масштабное производство таких устройств упирались в сложность выработки тонких пленок на основе таких полимеров.
«Потенциал применения проводящих полимеров в электронике огромен, дело за созданием простой технологии их нанесения на поверхность. Наш метод позволяет работать с почти любыми подложками, поэтому может использоваться для создания солнечных панелей из органических материалов, светодиодов, «умных стекол», сенсоров», — считает Янг Янг, профессор материаловедения и один из авторов работы.
Одно из применений – «умные» стекла, способные менять свойства при приложении электрического тока. Например, такое стекло может быть и прозрачным, и светонепроницаемым – эти режимы можно «переключать». Исследователи уже работают над применением разработанной технологии на других наноматериалах, чтобы расширить возможный спектр применений.
Открытие уникальных свойств водно-масляного раствора полимеров произошло, как это бывает в науке, благодаря счастливой случайности.
Прозрачная пленка полимера образовалась на стенках контейнера, в котором нановолокна в воде чистили хлороформом.
При смешении масел и воды образуется взвесь мелких капелек с обширной поверхностью раздела фаз – соответственно, водной и масляной. Они и являются «затравкой» для накопления нановолокон на границе двух жидкостей. Однако взвесь капелек неустойчива, и они сливаются (каждый знает это по детским брелокам, наполненным водой и нерастворимой вязкой жидкостью). Изменение площади поверхности раздела фаз меняет и поверхностное натяжение. Распределение полимера по стеклянной стенке контейнера происходит в результате «попыток» системы снизить разницу в поверхностном натяжении. Направленный поток жидкости образует на поверхности непрерывную проводящую пленку, состоящую из монослоя полимерного нановолокна. Постоянство толщины пленки достигается за счет концентрирования полимера между жидкими фазами с разным поверхностным натяжением.
Лаборатория работает над коммерческим внедрением своей разработки: для этого создана малая компания. Ее основатель — профессор Канер, работы осуществляют его аспиранты.