15:58
Comentarii Adauga Comentariu

_ Aducerea la viață a soluțiilor problemei Kelvin cu primele structuri polimerice Weaire-Phelan

_ Aducerea problemei Kelvin soluții la viață cu primele structuri polimerice Weaire-Phelan

O clasă interesantă de probleme în geometrie se referă la placarea sau teselația, în care o suprafață sau un spațiu tridimensional este acoperit folosind una sau mai multe forme geometrice cu fără suprapuneri sau goluri între ele. O astfel de problemă de teselare este „problema Kelvin”, numită după Lordul Kelvin care a rezolvat-o, care se referă la „teselarea spațiului în celule de volum egal cu cea mai mică suprafață.”

Structura Kelvin, ca soluția se numește acum, este o structură de fagure uniformă convexă formată dintr-un octaedru bi-trunchi. Timp de aproape o sută de ani, structura Kelvin a fost considerată a fi cea mai eficientă formă în contextul problemei Kelvin, până când Weaire și Phelan au venit cu o formă și mai eficientă, numită „structura Weaire-Phelan”, prin simulări computerizate. .

Structura Weaire-Phelan este formată din două tipuri de celule – un tetrakaidecaedru având două faze hexagonale și douăsprezece pentagonale și un dodecaedru neregulat cu fețe pentagonale, cele două celule având volume egale. Structura se formează atunci când 3/4 din celulele tetrakaidecaedrului și 1/4 din celulele dodecaedrului sunt aranjate într-un mod specific.

În lumea reală, structura Weaire-Phelan a fost observată doar în două exemple, și anume spumă lichidă realizată dintr-o soluție de detergent și un aliaj de paladiu (Pd)-plumb (Pb). Interesant este că o structură Weaire-Phelan făcută din materiale organice, cum ar fi polimerii, nu a fost niciodată construită.

Acum, un grup de cercetători din Japonia a fost la înălțime, dezvoltând prima structură polimerică Weaire-Phelan folosind ușurință. procedee sintetice. Acest studiu, condus de prof. Naofumi Naga de la Institutul de Tehnologie Shibaura, a fost publicat online în Scientific Reports pe 9 noiembrie 2022. Studiul a fost realizat în colaborare cu prof. Tamaki Nakano de la Universitatea din Hokkaido prin intermediul Programului Joint Usage/Research Center ( MEXT).

Echipa a folosit o rețea de politiouretan pentru separarea de fază indusă de polimerizare pentru a construi structura Weaire-Phelan. „Structura Weaire-Phelan propusă are particule uniforme de ordinul micrometrilor; acest lucru nu a fost niciodată realizat înainte. Acesta este primul exemplu de structură Weaire-Phelan realizată dintr-o specie de polimer și a unui fagure cubic de polimer solid creat. prin separarea fazelor indusă de polimerizare”, explică prof. Naga, vorbind despre motivația echipei din spatele studiului.

Pentru a sintetiza polimerul, echipa a folosit o reacție simplă de poliadiție între doi compuși – tetrakis (3-mercaptopropionat). ) (PEMP) și hexametilen diizocianat (HDI). Această metodă sintetică se bazează pe conceptul de îmbinare și linker, în care un monomer multifuncțional servește ca monomer sursă de îmbinare și un monomer α,ω-bifuncțional servește ca monomer sursă de linker, formând o rețea polimerică.

În consecință, PEMP, un tiol primar multifuncțional, a servit drept monomer sursă „comună”, iar HDI, un diizocianat, a servit drept monomer sursă „linker”. Reacția a avut loc în prezența trietilaminei (TEA), care a servit drept catalizator de bază în toluen.

Echipa a produs trei probe folosind concentrații de monomeri la 25, 30 și 35% în greutate și le-a numit probele 1, 2 și, respectiv, 3. Ei au descoperit că eșantionul 3 a prezentat particule de poliedre care umple spațiul cu fețe hexagonale și pentagonale pe suprafața sa, ceea ce corespunde poliedrelor structurii Weaire-Phelan. În plus, microscopia electronică cu scanare 3D a fost folosită pentru a studia structura poliedrului eșantionului 3, care a dezvăluit structuri ale poliedrelor de umplere a spațiului, potrivindu-se exact cu poliedrele structurii Weaire-Phelan.

„Fagure cubic propus de Kelvin a fost astfel format pentru structura Weaire-Phelan în această lucrare. Materialul sintetizat în această lucrare ar putea avea aplicații în fotonică, separare, cataliză, nanomedicină și materiale structurale bazate pe pe noile metodologii sintetice și concepte structurale. Acest lucru ar putea deschide o nouă direcție de cercetare pentru dezvoltarea materialelor avansate cu funcții neprevăzute”, conchide prof. Naga.


(Fluierul)


Linkul direct catre Petitie

CEREM NATIONALIZAREA TUTUROR RESURSELOR NATURALE ALE ROMANIEI ! - Initiativa Legislativa care are nevoie de 500.000 de semnaturi - Semneaza si tu !

Comentarii:


Adauga Comentariu



Citiți și cele mai căutate articole de pe Fluierul:


Nr. de articole la aceasta sectiune: 0, afisate in 1 pagina.