Samodzielny montaż figury oddechu - Breath-figure self-assembly

Schematyczne (na dole) i mikrofotografie elektronowe (na górze) narastania folii polistyrenowej o strukturze plastra miodu przez samoorganizację postaci oddechowej.
Membrana filtra wodnego przygotowana przez samodzielny montaż figury oddechowej, oglądana na różnych etapach syntezy i powiększeniach. Materiał membrany jest mieszaniną poli(tlenku fenylenu) i nanocząstek krzemionki.

Samoorganizacja figury oddechu to proces samodzielnego składania, polegający na tworzeniu mikroskalowanych polimerowych wzorów o strukturze plastra miodu poprzez kondensację kropel wody. „Oddech” odnosi się do mgły, która tworzy się, gdy para wodna styka się z zimną powierzchnią. W epoce nowożytnej systematyczne badania procesu skraplania się wody w postaci oddechów prowadzili m.in. Aitken i Rayleigh . Pół wieku później odrodziło się zainteresowanie formowaniem się postaci oddechu w związku z badaniem procesów atmosferycznych, a zwłaszcza rozszerzonymi badaniami formowania się rosy, które okazały się skomplikowanym procesem fizycznym. Eksperymentalne i teoretyczne badania powstawania rosy zostały przeprowadzone przez Beysensa. Aspekty termodynamiczne i kinetyczne powstawania rosy, które są kluczowe dla zrozumienia powstawania wzorów polimerów inspirowanych figurami oddechu, zostaną szczegółowo omówione.

Przełom w stosowaniu wzorów cyfr oddechu nastąpił w latach 1994-1995, kiedy Widawski, François i Pitois donieśli o wytwarzaniu folii polimerowych o samoorganizującej się , mikroskalowanej morfologii plastra miodu przy użyciu procesu kondensacji cyfr oddechu . Opisany proces opierał się na szybko odparowywanych roztworach polimerów poddanych działaniu wilgoci. Wprowadzenie do technik doświadczalnych związanych z wytwarzaniem powierzchni z mikrowzorami przedstawiono w pozycji 1; obraz przedstawiający typowy wzór plastra miodu inspirowany figurami oddechowymi pokazano na rysunku 1.

Główne procesy fizyczne biorące udział w procesie to: 1) odparowanie roztworu polimeru; 2) zarodkowanie kropel wody; 3) kondensacja kropel wody; 4) wzrost kropel; 5) odparowanie wody; 6) zestalenie polimeru prowadzące do ewentualnego mikroporowatego wzoru. Ta eksperymentalna technika pozwala uzyskać uporządkowane, hierarchiczne wzory powierzchni o strukturze plastra miodu. Różnorodne techniki eksperymentalne były pomyślnie wykorzystywane do tworzenia oddech figur samoformującą indukowane wzorów tym rozwijanej odlewania zanurzeniowego powlekania i powlekania wirowego . Odnotowano hierarchiczne wzorce występujące pod samoskładaniem się postaci oddechu. Charakterystyczny wymiar porów jest zwykle bliski 1 µm, podczas gdy charakterystyczny wymiar boczny wielkoskalowych modeli wynosi ok. 1 µm . 10-50 µm.

Zobacz też

Bibliografia

  1. ^ Rodriguez-Hernández, Juan; Bormashenko, Edward (2020). Figury oddechowe: mechanizmy wieloskalowego wzorcowania i strategie wytwarzania i zastosowań mikrostrukturalnych funkcjonalnych powierzchni porowatych . Cham: Wydawnictwo Springer International. doi : 10.1007/978-3-030-51136-4 . Numer ISBN 978-3-030-51135-7.
  2. ^ B c Yabu Hiroshi (2018). „Wytwarzanie folii o strukturze plastra miodu techniką figury oddechowej i ich zastosowania” . Nauka i technologia zaawansowanych materiałów . 19 : 802–822. doi : 10.1080/14686996.2018.1528478 . otwarty dostęp
  3. ^ Zhang, Aijuan; Bai, Hua; Li, Lei (2015). „Rysunek oddechu: inspirowana naturą metoda przygotowania uporządkowanych filmów porowatych”. Recenzje chemiczne . 115 (18): 9801–9868. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00069 . PMID  26284609 .
  4. ^ Aitken, Jan (1893). „Liczby oddechowe” (PDF) . Postępowanie Towarzystwa Królewskiego w Edynburgu . 20 : 94–97. doi : 10.1017/S0370164600048434 .
  5. ^ Aitken, Jan (1911). „Liczby oddechowe”. Natura . 86 (2172): 516-517. doi : 10.1038/086516a0 .
  6. ^ Rayleigh, Panie (1911). „Liczby oddechowe” . Natura . 86 (2169): 416-417. doi : 10.1038/086416d0 .
  7. ^ Rayleigh, Panie (1912). „Liczby oddechowe” . Natura . 90 (2251): 436-438. doi : 10.1038/090436c0 .
  8. ^ Beysens, D.; Steyer, A.; Guenoun, P.; Fritter, D.; Knoblera, CM (1991). „Jak powstaje rosa?”. Przejścia fazowe . 31 (1–4): 219–246. doi : 10.1080/01411599108206932 .
  9. ^ Beysens, D. (1995). „Tworzenie rosy”. Badania atmosferyczne . 39 (1-3): 215-237. doi : 10.1016/0169-8095(95)00015-j .
  10. ^ Beysens Daniel (2006). „Zarodkowanie i wzrost rosy”. Comptes Rendus Physique . 7 (9-10): 1082-1100. doi : 10.1016/j.crhy.2006.10.020 .
  11. ^ Widawski, Gilles; Rawiso, Michel; François Bernard (1994). „Samoorganizująca się morfologia plastra miodu gwiaździstych polimerowych folii polistyrenowych”. Natura . 369 (6479): 387-389. doi : 10.1038/369387a0 .
  12. ^ François Bernard; Pitois, Olivier; François, Jeanne (1995). „Folie polimerowe o samoorganizującej się morfologii plastra miodu”. Zaawansowane materiały . 7 (12): 1041–1044. doi : 10.1002/adma.19950071217 .
  13. ^ B Bunz UHF (2006). „Liczby oddechowe jako dynamiczna metoda szablonowania dla polimerów i nanomateriałów”. Zaawansowane materiały . 18 (8): 973–989. doi : 10.1002/adma.200501131 .
  14. ^ Muñoz-Bonilla, Aleksandra; Fernández-García, Marta; Rodríguez-Hernández, Juan (2014). „W kierunku hierarchicznie uporządkowanych funkcjonalnych porowatych powierzchni polimerowych przygotowanych przez podejście dane oddechowe”. Postęp w nauce o polimerach . 39 (3): 510–554. doi : 10.1016/j.progpolimsci.2013.08.006 . hdl : 10261/98768 .
  15. ^ B Bormashenko Edward (2017). „Samodzielny montaż figury oddechowej, wszechstronna metoda wytwarzania membran i struktur porowatych: aspekty fizyczne, chemiczne i technologiczne” . Membrany . 7 (3): 45. doi : 10.3390/membrany7030045 . PMC  5618130 . PMID  28813026 .
  16. ^ B Srinivasarao Mohan; Collings, David; Philipsa, Alana; Patel, Sanjay (2001). „Trójwymiarowa uporządkowana tablica pęcherzyków powietrza w folii polimerowej”. Nauka . 292 (5514): 79-83. doi : 10.1126/science.1057887 . PMID  11292866 .