FIND
Det nye materiale, der efterligner en blåfugls fjer
ETH-forskere har udviklet en ny komponent inspireret af den komplekse struktur af fjerdragten på den amerikanske østlige blåfugl
ETH-forskere har udviklet et nyt materiale inspireret af fjerene fra den østlige blåfugl (Foto: Envato)
L 'orientalsk blå det er en speciel fugl: den lille syngende fugl gemmer sig blandt sine meget sjældne blå fjer, hemmeligheden bag at designe materialer med unikke egenskaber. Farven på fjerdragten skyldes faktisk ikke et pigment, men den særlige struktur af dens fjer.
Forskere ved Federal Institute of Technology i Zürich formåede at replikere det og opnåede en nyt materiale som har demonstreret overraskende kvaliteter (og fordele).
Robotics, "farve"-sensoren, der imiterer hudens følsomhed
Nye sammenføjningsteknikker til elektronik takket være nanoeffekter
Nyt materiale inspireret af den orientalske blåfugls fjer
Observeret under mikroskopet fjer af den østlige blå (Sialia Sialis) vises krydset af en kanal netværk med en diameter på et par hundrede nanometer, eller milliardtedele af en meter.
Den sjældne blå farve på den nordamerikanske landlige sangfugl har tiltrukket sig opmærksomhed fra forskere ved Laboratory of Soft and Living Materials i Det føderale polytekniske institut i Zürich, ledet af den tidligere ETH-professor Erik Dufresne.
Forskere har formået at kopiere det komplekse og fascinerende strukturen af fjerene af den østlige blå: de har udviklet et nyt materiale, der præsenterer samme strukturelle design som dens fjer, og som demonstrerede en overraskende potentiale i forskellige praktiske anvendelser.
For at rekonstruere fjerdragten på den lille Sialia Sialis tog forskerne udgangspunkt i en gennemsigtigt silikonegummi som har det kendetegn at kunne strækkes og deformeres.
De placerede så dækket i ét olieagtig opløsning og lod den "svulme" i flere dage i en ovn ved 60°C. Når blandingen var afkølet, ekstraherede de gummiet fra olieopløsningen.
La nanostruktur af gummiet, observeret under mikroskop, viste retikulære strukturer svarende til dem, der giver fjerene på den østlige blåfugl deres karakteristiske blå farve.
"Monstrel"-støtte til forskning i kvantematerialer
Effekten... kamæleon af biologisk nedbrydelige 3D-sensorer og skærme
En tyggegummi i en olieagtig opløsning: ligesom olie og eddike
Den største forskel mellem det nye materiale og fjerene fra Sialia Sialis er i tykkelsen af kanalerne dannet på dens overflade: det syntetiske materiale måler 800 nanometer, mens fjerene i den østlige blå er lige tykke 200 nanometer.
Princippet bag skabelsen af gitteret er faseadskillelse, den opdeling mellem komponenterne i en blanding, der for eksempel opstår, når de blandes olie og eddike at klæde salaten på.
Uanset hvor meget du prøver, har de to væsker tendens til at skilles, så snart du holder op med at ryste emulsionen kraftigt: at ændre temperaturDet er dog muligt at få de to komponenter til at samles og adskilles igen.
Dette er præcis den procedure, som ETH-forskerne fulgte for at blande silikonegummiet og den olieholdige opløsning: Resultatet af denne meget delikate proces er, at der inde i gummiet er en hel mikroskopisk netværk af kanaler, meget lig fjerene fra den østlige blåfugl.
Som han forklarede Carla Fernandez Rico, hovedforfatteren af undersøgelsen udgivet i "Nature Materials", eksperimenter har vist, at det er muligt "styre og udvælge betingelser således, at der dannes kanaler under faseadskillelse".
"Det lykkedes os at stoppe proceduren, før de to faser smeltede helt sammen igen”, forklarede forskeren.
Disse reaktioner på en guldbase, der er banebrydende for en "ny kemi"
Kredsløb fra vedvarende råvarer til "grøn" elektronik
Ny forarbejdningsmetode med overraskende potentiale
Det nye i dette forarbejdningsmetode af materialer genererer stor interesse i fysiksamfundet. “Vi har et simpelt system, der kun består af to ingredienser, men den endelige struktur er meget kompleks og styret af ingrediensernes egenskaber", forklarer Fernández Rico, "vi er blevet kontaktet af flere grupper af teoretikere, som foreslår brugen af fysiske modeller for at forstå nøgleprincipperne i denne nye proces og forudsige dens udfald".
Potentialet i dette specielle gummi skabt til at efterligne strukturen af fjerene på en lille blå fugl er ikke begrænset til dette: det nye materiale har et enormt potentiale mht. tekniske applikationer og bæredygtige løsninger.
Et muligt anvendelsesområde er batteri: En af hovedårsagerne til, at batterier mister deres ladekapacitet over tid, er, at ionerne (som bevæger sig mellem elektroderne gennem en flydende elektrolyt) ender med at reagere med sidstnævnte, hvilket forårsager fysisk kontakt mellem elektroderne.
En mulig løsning på dette problem kunne være i udskift den flydende elektrolyt med faste elektrolytter som garanterer god transport af ioner takket være en kapillar netværksstruktur af sammenkoblede kanaler. Præcis hvad ETH-forskerne viste.
En anden mulig anvendelse for dette materiale inspireret af fuglefjer er i muldvarpe vandfiltre: i dette tilfælde er det særligt fordelagtige overflade/volumen forhold, hvilket i kanalstrukturer er enormt.
Strukturen af det nye materiale, forklarer forskerne, tillader bakterier og forurenende stoffer at blive effektivt fjernet fra vandet, mens det får det til at rejse hurtigt.
En innovation til at genoplive vandbaserede flowbatterier?
Deep learning studerer de sociale interaktioner mellem dyr
Fremtidige forskningsudviklinger: forsøg med naturlige polymerer
En af de store fordele ved den nye metode udviklet i laboratorierne på ETH Zürich er, at processen er fuldstændig skalerbar: "I princippet kan du bruge et stykke gummiagtig plast af enhver størrelse"Forklarer han Fernandez Rico, selv om så "tilstrækkeligt store beholdere og ovne ville også være nødvendige".
Det nye materiale er stadig langt fra klar til markedet: “Mens den gummiagtige forbindelse er billig og nem at opnå, er oliefasen ret dyr. Et par billigere alternativer ville være nødvendige”, forklarer forskeren.
En løsning kunne komme fra bæredygtig forskningsudvikling: "Mange naturlige polymerer, som f.eks cellulose eller kitin, har en lignende struktur som gummiet, der bruges i vores arbejde”, siger Fernández Rico, og de udgør bestemt et mere bæredygtigt alternativ i forhold til silikonegummi stammer fra petroleum.
Bæredygtigt produktpolitisk initiativ: nye materialer og EU-politikker
Fremtidens kemi: industriens nye udfordringer for bæredygtighed
Forskere ved Federal Institute of Technology i Zürich har udviklet et nyt materiale inspireret af strukturen af sjældne blå fjer (Foto: Envato)
