[ad_1]

بررسی مواد مخلوط توسط شیب های کامپوزیت

دانشجوی دکتری دانشگاه ییل ، ​​کریستوف توت (تصویر بالا) با ابزار اسپری الکتریکی که با همکاری دانشمند کارمندی ، گریگوری دورک از مرکز نانومواد عملکردی (CFN) در آزمایشگاه بروخاون طراحی ، ساخته و اعتبارسنجی شده است. این ابزار CFN به کاربران امکان می دهد چندین مولفه – مانند پلیمرها ، نانوذرات و مولکول های کوچک – را در تعدادی از فرمول بندی ها در یک نمونه واحد مخلوط کنند. در مجاورت CFN ، در National Synchrotron Light Source II ، کاربران می توانند ببینند که چگونه ساختار مواد مخلوط در کل این فضای ترکیبی تغییر می کند. اعتبار: آزمایشگاه ملی بروخاون

اختلاط یک استراتژی قدرتمند برای بهبود عملکرد الکترونیک ، پوشش ها ، غشاهای جدا کننده و سایر مواد کاربردی است. به عنوان مثال ، سلولهای خورشیدی و LED با بازده بالا با بهینه سازی مخلوط اجزای آلی و غیرآلی تولید می شوند.

یافتن ترکیب بهینه مخلوط برای بدست آوردن خصوصیات مورد نظر به طور سنتی مدت زیادی طول می کشد و با روند کار مغایرت دارد. دانشمندان تعداد زیادی از نمونه های منفرد با ترکیبات مختلف را یکی یکی ترکیب و مشخص می کنند و در نهایت داده های کافی را برای ایجاد “کتابخانه” ترکیبی جمع آوری می کنند. یک روش جایگزین سنتز یک نمونه واحد با یک شیب کامپوزیت است تا همه ترکیبات ممکن به یک باره مورد بررسی قرار گیرند. روشهای ترکیبی موجود برای مطالعات سریع ترکیب از نظر انواع مواد سازگار ، اندازه مراحل ترکیب ، یا تعداد اجزایی که باید مخلوط شوند محدود است (غالباً فقط دو).

برای غلبه بر این محدودیت ها ، اخیراً تیمی از آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) ، دانشگاه ییل و دانشگاه پنسیلوانیا اولین ابزار رسوب فیلم با کنترل دقیق ریز تا سه جز را ایجاد کردند. روی نمونه های افزایشی محلولهای هر یک از اجزا در پمپهای سرنگ بارگیری می شوند ، طبق یک “دستورالعمل” قابل برنامه ریزی مخلوط می شوند و به صورت قطرات کوچک بار الکتریکی روی سطح یک ماده پایه گرم به نام بستر پاشیده می شوند. با برنامه ریزی میزان دبی پمپ به عنوان یک مرحله زیر تغییر موقعیت بستر ، کاربران می توانند شیب های مداوم در ترکیب را بدست آورند.

این تیم اکنون این ابزار را برای توصیف پراکندگی اشعه X با یک ابزار ساختاری ترکیب کرده است. این قابلیت ها با هم یک بستر را برای کاوش در مورد چگونگی تغییر ساختار مواد در کل فضای ترکیب بندی ایجاد می کنند. دانشمندان این بستر را برای مخلوط فیلم نازكی از سه پلیمر – زنجیره های ساخته شده از بلوك های ساختمانی مولكولی متصل شده توسط پیوندهای شیمیایی – به منظور خود آرایی یا آرایش یا “مونتاژ” خود در مدل های مقیاس نانومتر (میلیاردیمم متر) نشان داده اند. سکوی و نمایش آنها در مقاله ای که امروز در RSC Advances ، مجله ای از انجمن سلطنتی شیمی (RSC) منتشر شده ، شرح داده شده است.

خبرنگار گرگوری دورک ، دانشمند گروه الکترونیکی نانومواد در آزمایشگاه نانو مواد عملکردی بروخاون (CFN) گفت: “سیستم عامل ما زمان مطالعه وابستگی های ترکیبی پیچیده سیستم های مواد مخلوط را از چند ماه یا چند هفته کاهش می دهد.”

بررسی مواد مخلوط توسط شیب های کامپوزیت

طرح ابزار کاربرد الکترواسپری (الف) ، با نماهای بزرگ (ب) و هوایی (ج). اعتبار: آزمایشگاه ملی بروخاون

نویسنده اول ، کریستوف توت ، MD گفت: “ما یک نمودار ریختشناختی با بیش از 200 اندازه گیری روی یک نمونه ساخته ایم که شبیه انجام 200 نمونه به روش معمول است.” دانشجو در گروه مهندسی شیمی و محیط زیست در دانشگاه ییل. “روش ما نه تنها زمان آماده سازی نمونه را کاهش می دهد ، بلکه خطای بین نمونه ها را نیز کاهش می دهد.”

این نمودار چگونگی تغییر مورفولوژی یا اشکال سیستم پلیمری مخلوط را در یک شیب ترکیب از 0 به 100 درصد نشان می دهد. در این حالت ، سیستم شامل یک پلیمر خود مونتاژ گسترده ای است که از دو بلوک جداگانه (PS-b-PMMA) و اجزای منفرد این کوپلیمر بلوک یا هموپلیمرها (PS و PMMA) ساخته شده است. دانشمندان ابزار کاربرد الکترواسپری را برنامه ریزی کرده اند تا به طور متوالی “باند” های شیب یک بعدی با همه کوپلیمرهای بلوک در یک سر و تمام مخلوط های هموپلیمر در انتهای دیگر ایجاد کند.

برای مشخص کردن ساختار ، تیم آزمایشاتی را با پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کم در پراکندگی مواد پیچیده (CMS) انجام داده است که در مشارکت CFN در منبع نور ملی سنکروترون Brookhaven II (NSLS-II) انجام می شود. در این روش ، یک اشعه ایکس با شدت بالا به سطح نمونه با زاویه بسیار کم هدایت می شود. پرتو منعکس کننده نمونه در یک الگوی معمولی است ، و عکس هایی از ساختارهای مقیاس نانو با ترکیبات مختلف را در امتداد هر نوار پنج میلی متری فراهم می کند. از این تصاویر می توان شکل ، اندازه و ترتیب این ساختارها را تعیین کرد.

کوین جایگر ، رهبر گروه نانومواد الکترونیکی CFN ، گفت: “اشعه ایکس سینکروترون با شدت بالا به ما امکان می دهد در هر ثانیه از هر ترکیب عکس بگیریم و زمان کلی را برای نقشه برداری از نمودار مورفولوژیکی کاهش می دهیم.”

داده های پراکندگی اشعه ایکس هنگام تغییر ترکیب مخلوط ، ظاهر مورفولوژی های بسیار مرتب از انواع مختلف را نشان می دهد. به طور معمول کوپلیمرهای بلوکی به صورت استوانه ای مونتاژ می شوند. با این حال ، مخلوط شدن در هموپلیمرهای بسیار کوتاه منجر به تنظیم کره های خوب (افزایش مقدار PS) و ورق های عمودی (PMMA بیشتر) می شود. افزودن این هموپلیمرها نیز بسته به نسبت PS به هموپلیمر PMMA ، سرعت فرایند خودآرایی را سه برابر یا سه برابر می کند. محققان برای حمایت بیشتر از نتایج خود ، مطالعات تصویربرداری را با میکروسکوپ الکترونی روبشی در مرکز سنتز و توصیف مواد CFN انجام دادند.

بررسی مواد مخلوط توسط شیب های کامپوزیت

نمودار ریخت شناسی به دست آمده از داده های پراکندگی اشعه X نشان می دهد که در کجا در فضای ترکیب سیلندرها ، لاماها (ورق های عمودی) ، کره ها و بی نظمی با هم روبرو می شوند. کوپلیمر بلوک PS-PMMA خالص در بالای مثلث قرار دارد و هموپلیمرهای خالص PMMA و PS به ترتیب در انتهای پایین چپ و راست مثلث قرار دارند. هر نقطه رنگ نشان دهنده یک اندازه گیری اشعه ایکس است (نقاط شماره گذاری شده مربوط به اندازه گیری هایی است که با جزئیات در مقاله توضیح داده شده است). اعتبار: آزمایشگاه ملی بروخاون

اگرچه این تیم برای نمایش خود بر روی یک سیستم پلیمری خود مونتاژ متمرکز است ، اما می توان از این پلتفرم برای مطالعه مخلوط مواد مختلف مانند پلیمرها ، نانوذرات و مولکول های کوچک استفاده کرد. کاربران همچنین می توانند اثرات مواد مختلف بستر، ضخامت فیلم، اشعه ایکس اندازه نقطه کانونی، و پردازش و خصوصیات دیگر شرایط را مطالعه کنند.

Chinedum Osuji ، استاد رئیس مهندسی شیمی و بیومولکول ادواردو D. Glandt ، رئیس دانشگاه ، گفت: “این توانایی برای مطالعه طیف گسترده ای از پارامترهای ترکیبی و پردازشی ، ایجاد سیستم های پیچیده نانوساختار با ویژگی ها و ویژگی های بهبود یافته یا کاملا جدید را آگاه می کند.” در پنسیلوانیا

در آینده ، دانشمندان امیدوارند نسل دوم این ابزار را ایجاد کنند ، که می تواند نمونه هایی با مخلوطی بیش از سه جز and ایجاد کند و با تعدادی از روش های توصیف سازگار است – از جمله روش های درجا برای گرفتن تغییرات ریخت شناسی در طول فرآیند استفاده. اسپری الکتریکی

دورک گفت: “سیستم عامل ما نشان دهنده یک پیشرفت عظیم در میزان اطلاعاتی است که می توانید در یک فضای ترکیب بندی بدست آورید.” “در عرض چند روز ، کاربران می توانند با من در CFN و کارمندان همسایه NSLS-II برای ایجاد و توصیف سیستم های مخلوط خود کار کنند.”

جایگر افزود: “از بسیاری جهات ، این پلت فرم تکمیل کننده روشهای خودمختاری است که توسط دانشمندان CFN و NSLS-II برای شناسایی روند داده های آزمایشی توسعه یافته است.” “جفت شدن آنها با یکدیگر امکان تسریع چشمگیر تحقیقات در مورد مواد نرم را دارد.”


ایجاد نانوسیم های 3 بعدی با DNA


اطلاعات بیشتر:
Kristof Toth و همکاران ، نقشه برداری از مورفولوژی با عملکرد بالا از ترکیبات پلیمری سه تایی مونتاژ شده ، پیشرفت های RSC (2020) DOI: 10.1039 / d0ra08491c

تهیه شده توسط آزمایشگاه ملی بروخاون

نقل قول: بستر جدید برای ایجاد و توصیف مخلوط مواد می تواند به طور قابل توجهی سرعت را تسریع کند (2020 ، 24 نوامبر) ، در 24 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-platform- مشخص کردن -material-blends-important.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.



[ad_2]

منبع: moshaverh-news.ir