پوشش های سیلیکونی هوشمند می توانند اصطکاک و چسبندگی خود را تغییر دهند زیرا محیط اطراف لایه های نانومقیاس را تغییر می دهد.

توسط سازمان علوم و فناوری هسته ای استرالیا (ANSTO)

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

پژوهشی به سرپرستی گروهی از دانشگاه نیوکاسل، راه جدیدی برای ساخت سطوح سیلیکونی و کنترل میزان لغزنده بودن آنها پیدا کرده است. این کار در مجله Chemistry of Materials منتشر شد.

بسیاری از ما در خانه‌هایمان سیلیکون داریم، به‌ویژه در آشپزخانه، جایی که اغلب به‌عنوان یک پوشش لاستیکی یافت می‌شود که ماندگاری طولانی، آب‌گریز و مهم‌تر از همه، لغزنده است. دانشمندان همچنین می خواستند از آن در مقیاس نانو استفاده کنند، جایی که سیلیکون پتانسیل قابل توجهی برای کاهش اصطکاک سطحی برای استفاده در دستگاه های پزشکی و فراتر از آن دارد.

از آنجایی که سیلیکون از مولکول های بلندی به نام پلیمر تشکیل شده است، دانشمندان امیدوارند سطوحی بسازند که این مولکول ها مانند یک قلم مو در آن قرار گرفته باشند. اما ساخت سطوح برس سیلیکونی بسیار سخت بوده و کنترل خواص سطحی آنها دشوار بوده است.

این تیم با استفاده از یک تکنیک تولید کنترل‌شده به نام پلیمریزاسیون کنترل‌شده با شروع سطح، لایه‌های برس سیلیکونی فوق‌العاده صاف و یکنواختی را رشد دادند. ضخامت برس ها را می توان از چند نانومتر تا بیش از 70 نانومتر تنظیم کرد.

یک کشف کلیدی این بود که ساختار این برس ها بسته به مایع اطراف به طور چشمگیری تغییر می کند. در آب و الکل های ساده، زنجیره های پلیمری به شدت روی سطح فرو می ریزند. در مایعاتی مانند تولوئن و هیدروکربن‌ها، مشابه آنهایی که در روان‌کننده‌ها یافت می‌شوند، زنجیره‌ها حلال را می‌گیرند و از سطح دور می‌شوند و لایه‌ای ضخیم‌تر و نرم‌تر ایجاد می‌کنند.

محققان برای تایید کشف خود، بازتاب سنجی نوترونی را بر روی ابزار Platypus در مرکز استرالیا برای پراکندگی نوترون با بیضی سنجی و اندازه گیری های میکروسکوپ نیروی اتمی ترکیب کردند. این تکنیک ها با هم نشان دادند که چگونه برس ها "رشد" می کنند، ساختار داخلی آنها چگونه به مایعات مختلف واکنش نشان می دهد و چگونه این تغییرات بر اصطکاک و چسبندگی تاثیر می گذارد.

دکتر ادوین جانسون محقق اصلی از دانشگاه نیوکاسل گفت: "پراکندگی نوترون برای توضیح این رفتار ضروری بود. بازتاب سنجی نوترونی به طور مستقیم نشان داد که چگونه نانوساختار برس پلیمری در محیط های مختلف تغییر می کند و بینش ساختاری گمشده مورد نیاز برای درک واکنش روغنکاری غیرعادی را ارائه می دهد."

این کار همچنین حمایت ANSTO از محققان اولیه را نشان می دهد. نویسنده اول، زاخاری دی پیترو، کار بورسیه خود را در زمینه مواد با اصطکاک فوق العاده کم برای استفاده با دسترسی به زمان ابزار و تخصص پیشرو در جهان در مرکز استرالیایی برای پراکندگی نوترون قرار داد. دی پیترو همچنین دارای یک جایزه تحقیقاتی تحصیلات تکمیلی AINSE است.

این گروه همچنین کشف کردند که این سطوح را می توان در مقیاس بزرگتر تولید کرد تا بستری برای طراحی سطوح سیلیکونی قابل تعویض فراهم کند که اصطکاک و چسبندگی آنها را می توان با تغییر مایع اطراف تنظیم کرد.

چنین پوشش‌هایی می‌توانند به بهبود روان‌کاری، پرداخت‌های صنعتی پیشرفته، سطوح کم رسوب، فناوری‌های پزشکی و دستگاه‌های میکروسیال کمک کنند. به طور گسترده تر، این مطالعه نشان می دهد که چگونه درک و کنترل مواد در مقیاس نانو می تواند منجر به سطوح هوشمندتر شود که رفتار خود را با تغییر شرایط تطبیق دهند.

Zachary Di Pietro و همکاران، برس‌های سیلیکون متاکریلات تهیه‌شده توسط Atom Transfer Radical Polymerization نمایشگاه چسبندگی و اصطکاک تنظیم‌شده با حلال، شیمی مواد (2026). DOI: 10.1021/acs.chemmater.6c01842

ارائه شده توسط سازمان علوم و فناوری هسته ای استرالیا (ANSTO)

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →