Массивы нановолокон, навеянные лапами гекконов, создадут светоизлучающие покрытия
02-04-2019 Мир Гальваники 18

Анн-Арбор, штат Мичеган – Вдохновившись исключительными характеристиками шерсти полярного медведя, листьев лотоса и лапами гекконов, исследователи разработали новый способ получения массивов нановолокон, который может привести к созданию покрытий, обладающих, помимо прочего, клейкостью, водоотталкивающими, изолирующими свойствами, световым излучением.

"Это настолько не похоже ни на что, известное мне, что трудно поверить, что это возможно", - говорит Джоерг Лаханн, профессор химической инженерии Мичиганского университета и ведущий автор исследования в журнале Science. Исследования Мичиганского и Висконсинского университетов сделали своего рода случайное открытие, которое привело к созданию нового перспективного метода получения массивов волокон в сотни раз тоньше человеческого волоса. Шерсть полярных медведей имеет структуру, пропускающую свет, при этом удерживая тепло. Водоотталкивающие листья лотоса покрыты сетью микроскопических восковых трубок. А наноразмерные волоски на подошве лап гекконов, неподвластных гравитации, настолько близко соприкасаются с другими поверхностями, что задействуются атомные силы притяжения. Исследователям, пытавшимся воспроизвести эти уникальные качества, нужен был способ создать микроскопические массивы, которые отвечают за них.

"На базовом уровне это совершенно новый способ получения массивов нановолокон", - говорит Лаханн. Исследователи доказали, что их нановолокна отталкивают воду как и листья лотоса. Они создали прямые и изогнутые волокна и на основе испытаний обнаружили, что они сцепляются вместе как застежка-липучка, скрученные по часовой стрелке и против часовой стрелки волокна соединяются крепче, чем два массива прямых волокон.

Также проводились эксперименты с оптическими свойствами, в результате которых был получен светящийся материал. Ученые считают, что станет возможным создание структуры, действующей как шерсть полярного медведя, отдельные волокна которой будут проводить свет. Однако молекулярный слой не был первоначальной задумкой. Группа Лаханна работала с Николасом Эбботтом, в то время процессором кафедры химической инженерии Висконсинского университета в Мадисоне, над нанесением тонких полимерных пленок на жидкие кристаллы. Жидкие кристаллы наиболее известны благодаря их использованию в телевизорах и компьютерных мониторах. Исследователи пытались создать датчики, которые обнаруживали бы отдельные молекулы.

Лаханн занимался экспертной оценкой производства тонких пленок, а Эбботт руководил проектированием и изготовлением жидких кристаллов. В рамках стандартных экспериментов группа Лаханна выпаривает одиночные звенья в цепи и добивается их конденсации на поверхности. Однако тонкие полимерные пленки иногда не оправдывали ожиданий.

"Наше открытие укрепляет мое мнение, что величайшие прорывы в науке и технике случаются, когда все идет не по плану", - говорит Эбботт. "Нужно всегда быть начеку и рассматривать неудавшиеся эксперименты как новые возможности".  Вместо покрытия верхней части жидких кристаллов, звенья попали в жидкость и соединились друг с другом на стеклянной вставке. Жидкие кристаллы задали форму растущим снизу нановолокнам, создавая наноразмерный слой.  "Жидкий кристалл - это относительно беспорядочная жидкость, при этом она может быть шаблоном для образования нановолокон с удивительно точной длиной и диаметром", - говорит Эбботт. Исследователи получили не только прямые нити. В зависимости от жидкого кристалла, они могли создавать изогнутые кристаллы, похожие на микроскопические бананы или лестницы.

"Мы можем тщательно контролировать химический состав, тип волокон, их архитектуру и способ осаждения", - говорит Лаханн. "Благодаря этому теперь мы можем проектировать более сложные поверхности; не просто с тонкими двухмерными пленками, но и используя третье измерение".

Исследование называется "Синтез нановолокон на подложках посредством полимеризации в паровой фазе в жидкокристаллические пленки". Исследования проходили при поддержке Управления НИР СВ.