Spalvų kūrimas su magnetais

Kalifornijos universiteto Riverside mokslininkų sukurta medžiaga gali įgauti bet kokią vaivorykštės spalvą, tiesiog mokslininkams pakeitus atstumą tarp medžiagos ir magneto. Jis gali būti naudojamas jutikliuose arba, įdėtas į mikrokapsules, perrašomuose plakatuose ar kituose dideliuose spalvotuose ekranuose.

Vaivorykštės rūdys: Nanoskopinių geležies oksido dalelių tirpalas keičia spalvą, artėjant magnetui, todėl dalelės persitvarko. Didėjant magnetinio lauko stiprumui, spalva keičiasi iš raudonos į mėlyną.

Tyrėjai pagamino medžiagą naudodami aukštos temperatūros metodą, kad susintetintų nanoskalės kristalines magnetito daleles, geležies oksido formą. Kiekviena dalelė buvo pagaminta apie 10 nanometrų skersmens, nes magnetito dalelės tampa daug didesnės nei šis, todėl jos tampa nuolatiniais magnetais, todėl susikauptų ir iškristų iš tirpalo. 10 nanometrų dalelės susigrupuoja ir sudaro vienodo dydžio sferinius spiečius, kurių kiekvienos skersmuo yra apie 120 nanometrų; Atliekant bandymus, šie klasteriai išliko suspenduoti tirpale mėnesius.

Padengdami šias grupes elektra įkrauta aktyviąja paviršiaus medžiaga, mokslininkai priverčia klasterius atstumti vienas kitą. Kai mokslininkai naudoja magnetą, kad atremtų repelento jėgas, klasteriai persitvarko ir priartėja vienas prie kito, pakeisdami atspindimos šviesos spalvą. Kuo stipresnis magnetinis laukas, tuo arčiau dalelės, o spalva keičiasi nuo raudono spektro galo link mėlyno, priešingo galo, kai magnetas artėja prie medžiagos. Magneto nukėlimas leidžia elektrostatiniam krūviui vėl priversti daleles atskirti ir grąžinti sistemą į pradinę būseną.

Šios sistemos grožis yra tai, kad ji tokia paprasta, sako Orlinas Velevas , Šiaurės Karolinos valstijos universiteto chemijos ir biomolekulinės inžinerijos profesorius. Jis gali būti naudojamas dideliuose plotuose, nes jis yra labai nebrangus ir labai lengvas. Darbas paskelbtas ankstyvajame internetiniame žurnalo leidime taikomoji chemija .

Multimedija

• Vaizdo įrašas, kaip tirpalas keičia spalvą.

Nemažai kitų tyrinėtojų sukūrė spalvą keičiančių medžiagų, kai kurios iš jų taip pat valdomos magnetinėmis jėgomis; kiti naudoja elektrines ar mechanines jėgas. Riverside tyrinėtojai, vadovaujami Yadong Yin Tačiau chemijos profesorius gali supakuoti daug daugiau magnetinės medžiagos viename sferiniame statybiniame bloke, nei buvo įmanoma anksčiau. Sanfordas Ašeris , Pitsburgo universiteto chemijos ir medžiagų mokslo profesorius, magnetito daleles įkapsuliavęs polimero sferose, teigia, kad naujas požiūris padidina magnetinės medžiagos kiekį penkis kartus.

Dėl to naujas medžiagas galima derinti prie didesnio spalvų skaičiaus nei anksčiau pagamintos medžiagos. Iš tiesų, Šiaurės Karolinos valstijos Velevas, dirbantis su medžiagomis, kurios keičia spalvą reaguodamos į elektroninius signalus, teigia nežinantis jokios kitos medžiagos, galinčios įgyti tokią platų spalvų spektrą.

Riverside tyrėjai nustatė, kad medžiagų apdorojimas aukštoje temperatūroje užtikrino, kad 10 nanometrų dalelės susiformuotų su kristaline atomine struktūra. Dėl to dalelės taip pat susigrupavo į panašaus dydžio grupes. Priešingai, dažniau naudojama kambario temperatūros sintezė lemia daleles, kurios sudaro netaisyklingas aglomeracijas. Atrodo, kad grupių vienodumas ir dalelių kristališkumas pagerina medžiagų magnetinį atsaką, sako Yin, nors jis ir jo kolegos vis dar tiria pagrindinius susijusius mechanizmus.

Medžiagos gali keisti spalvas du kartus per sekundę, o tai vis dar per lėta naudoti televizoriuose ir kompiuterių monitoriuose. Yin tikisi dar labiau padidinti perjungimo greitį naudodamas mažesnį kiekį medžiagos, galbūt mikroskopinėse kapsulėse. Tokie nedideli kiekiai palengvins vienodo magnetinio lauko pateikimą visam mėginiui, o tai gali padėti pertvarkyti grupes. Be to, tokios mikrokapsulės gali būti išdėstytos taip, kad ekrane sudarytų pikselius, kaip dabar daroma naudojant E-Ink – tam tikro tipo elektroninį popierių, naudojamą kai kuriuose elektroninių knygų skaitytuvuose ir mobiliuosiuose telefonuose. (Žr. Geras skaitymas.)

Tačiau net ir esant didesniam greičiui, Yin nesitiki, kad medžiagos pakeis dabartinę kompiuterio monitoriaus technologiją. Atvirkščiai, jis kreipia dėmesį į didesnio masto programas, kurios galėtų pasinaudoti mažomis medžiagų sąnaudomis. Pavyzdžiai gali būti plakatai, kuriuos galima perrašyti, bet kurie neturi keistis taip greitai, kaip rodomi vaizdo įrašai.

Vienas reikšmingas dabartinių medžiagų trūkumas yra tas, kad norint išsaugoti magnetinį lauką ir išlaikyti nustatytą mikrokapsulių spalvą, joms reikės nuolatinio maitinimo. Kitas Yin žingsnis yra sukurti medžiagų versiją, kuri išliktų stabili pakeitus jų spalvą, ty tol, kol jos nebus pakeistos į naują spalvą. Jei tai įmanoma, plakatą būtų galima atspausdinti naudojant kažką panašaus į skaitymo ir rašymo galvutę standžiajame diske, sako Yin. Vaizdas būtų išsaugotas tol, kol jis būtų perrašytas kitu spausdinimo galvutės praėjimu, nenaudojant energijos.

Šiame etape smagu žaisti, sako Velevas. Galbūt vėlesniuose etapuose jis galėtų būti naudojamas kokiam nors dekoratyviniam tikslui, pavyzdžiui, dažams, kurie keičia spalvą, arba kai kuriems naujų tipų etiketėms ar lentoms. Šiuo metu tai gražus tyrimas.

paslėpti