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软质材料动态特性的新应用

发布: 2017-07-05 | 来源:环亚娱乐 | 编辑:gdpia | 查看:


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图注:彩色散射图案(左)揭示了液晶化合物层状近晶相的纳米结构信息;近晶相的非弹性x射线散射图像(右上)。这些分子的来回摇摆与红外光的频率相匹配。

 

美国科学家已经发明了一种追踪和控制动态分子振动的新方法,这种方法可以传递热量、声音和其他形式的能量。通过控制这些软质材料(如聚合物和液晶化合物)中的振动波,可以使他们更广泛的使用,并促进新型能源应用的发展,包括热学和声学绝缘子,以及将废热转化为电能或光转化为机械运动。

 

这个团队的工作发表在Nano Letters[Bolmatov et al. Nano Lett. (2017) DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01324]上。他们使用了一种新型非弹性X射线散射(IXS)光束线来评估液晶化合物在三个不同阶段以上的振动传播。随着温度的升高,纳米结构发生了变化,而且液晶也变得不那么有序,并发现有显著影响作用的振动波的流动。这意味着选择或改变相位”——分子的排列——将改变材料的动态特性,从而也使能量的振动和流动得到控制。

 

Dima Bolmatov说:光束线的技术特性使大家能够精确的定位振动,并在不同尺度不同方向上追踪他们的传播甚至在缺乏有序固体结构的材料中同样适用。

 

样品被X射线轰击,以测量它们释放或获得的能量,以及它们散射样品的角度。这就得到了一些分子在波形振动中所需的能量,而散射角则探测了样品内部不同长度尺度上传播的振动。就像首席编辑Dima Bolmatov所说的:光束线的技术特性使大家能够精确的定位振动,并在不同尺度不同方向上追踪他们的传播甚至在缺乏有序固体结构的材料中同样适用

 

在三种不同的温度下进行了测量,材料的有序性发生了变化,晶相开始转变为非高度有序的近晶状态,最后转变为一种各向同性液体。人们已经证明得到:振动波通过最有序的相位进行传播,以及无序的出现使得低能量剪切声波的振动消失,这与垂直于传播方向的分子的压缩有关。

 

这项研究使得声、光结合机械振动应用于新的声子或光学成为可能,因此,控制材料基于外部光线和声音的应用可以实现。该小组将继续研究软物质的动态特性,特别在于其中含有的许多有趣分子结构,以及未经勘探的的纳米级行为,如嵌段共聚物、纳米颗粒组装体、脂膜和其他液晶。

来源:材料科技在线
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