فرش تولید شده از نانوالیاف و ایجاد سطوح جدید چسبنده یا عایق

با الهام از ویژگی‌های خارق‌العاده موی خرس قطبی، برگ‌های نیلوفر آبی و پای مارمولک، محققان مهندسی روش جدیدی را برای ساخت آرایه‌هایی از نانو الیاف ابداع کرده‌اند که می‌تواند پوشش‌هایی چسبنده، دافع، عایق یا ساطع کننده نور و سایر احتمالات و ویژگی‌ها را برای ما به ارمغان آورد.

محققان دانشگاه U-M و دانشگاه ویسکانسین به کشفی عجیب دست یافتند که روشی جدید و قدرتمند برای ساخت آرایه‌هایی از الیاف صدها برابر نازک‌تر از موی انسان را نشان داد. ساختار موهای خرس قطبی به گونه‌ای است که نور را از خود عبور می‌دهد و در عین حال از خروج گرما هم جلوگیری می‌کند. برگ‌های نیلوفر آبی نیز آب را دفع می‌کنند با مجموعه ای از لوله‌های مومی میکروسکوپی پوشیده شده‌اند.

همچنین موهای موجود در کف پاهای مارمولک، که در مقیاس نانو هستند و بر نیروی گرانشی غلبه می‌کنند، به شکلی به سطوح دیگر نزدیک می‌شوند که نیروهای جاذبه اتمی وارد عمل می‌شوند. محققانی که به دنبال تقلید از این ابرقدرت‌ها هستند، به راهی برای ایجاد آرایه‌های کوچکی که این کار را انجام می‌دهند، نیاز دارند.

اساساً، این کار یک روش کاملا متفاوت برای ساخت آرایه‌های نانوالیافی است.

محققان نشان داده‌اند که نانو الیاف ساخته شده توسط آن‌ها مانند برگ‌های نیلوفر آبی، آب را دفع می‌کند. آن‌ها الیاف صاف و منحنی را رشد دادند و نحوه چسبیدن آن‌ها به هم را آزمایش کردند .پس از این بررسی متوجه شدندکه الیافی که تاب آن‌ها در جهت عقربه‌های ساعت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت است نسبت به الیاف مستقیم و بدون تاب محکم‌تر به هم گره خورده‌ و در هم درگیر شده‌اند.

آن‌ها همچنین خواص نوری الیاف را آزمایش کردند و ماده‌ای ساختند که درخشش قابل توجهی داشت. محققان بر این باورند که ساختن ساختاری که مانند موی خرس قطبی عمل می‌کند، با الیاف مجزا برای هدایت نور امکان پذیر خواهد بود.

گروه لاهان با نیکلاس ابوت که در آن زمان استاد مهندسی شیمی در UW-Madison بود، کار می‌کردند تا لایه‌های نازکی از مولکول‌های زنجیره‌ای به نام پلیمرها را روی کریستال‌های مایع قرار دهند. کریستال‌های مایع بیشتر به دلیل استفاده در نمایشگرهایی مانند تلویزیون و صفحه نمایش کامپیوتر شناخته می‌شوند. دانشمندان در تلاش بودند تا حسگرهایی بسازند که بتواند تک مولکول‌ها را تشخیص دهد.

لاهان در فرایند تولید لایه‌های نازک از تخصص خود استفاده کرد، در حالی که ابوت طراحی و تولید کریستال‌های مایع را رهبری می‌کرد. در آزمایش‌های معمولی، گروه لاهان تک حلقه‌های زنجیره را تبخیر می‌کند و آن‌ها را بر روی سطوح متراکم می‌کند. اما لایه‌های پلیمری نازک گاهی آنطور که انتظار می‌رفت عمل نمی‌کردند.

ابوت بیان کرد این کشف دیدگاه من را تقویت می‌کند که بهترین پیشرفت‌ها در علم و مهندسی زمانی اتفاق می‌افتد که همه چیز طبق برنامه پیش نرود. شما فقط باید هوشیار باشید و آزمایش‌های شکست خورده را به عنوان فرصت ببینید.

به جای پوشش سطح بالایی با کریستال مایع، پیوندها در سیال می لغزند و روی اسلاید شیشه‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند. سپس کریستال مایع شکل‌های نانوالیاف را که از پایین به سمت بالا حرکت می‌کردند هدایت کرد و فرش‌هایی در مقیاس نانو ایجاد کرد.

ابوت می‌گوید: کریستال مایع یک سیال نسبتاً بی‌نظم است، با این حال می‌تواند شکل ‌گیری نانو الیاف با طول‌ها و قطرهای قابل‌توجهی را به‌خوبی تعریف کند.

با این حال آن‌ها فقط به ساخت رشته‌های مستقیم بسنده نکردند؛ بلکه بسته به کریستال مایع، می‌توانند الیاف منحنی را هم تولید کنند.

در ادامه لاهان بیان کرد که ما کنترل زیادی روی ساختار شیمیایی، نوع الیاف، آرایش الیاف و نحوه رسوب آن‌ها داریم و این مسئله نه تنها با فیلم‌های نازک دو بعدی، بلکه در حالت سه بعدی نیز پیچیدگی زیادی به روشی که اکنون می‌توانیم سطوح را مهندسی کنیم، اضافه خواهد کرد.