Микроскопические «подсолнухи» улучшат солнечные батареи
Группа ученых из Гарвардского университета использовали магнитные поля для управления молекулярной структурой жидких кристаллических эластомеров. Они создали микроскопические трехмерные полимерные формы, которые можно запрограммировать на движение в любом направлении в ответ на разные стимулы.
До этого деформация ЖКЭ была возможна только в одном или двух направлениях, что ограничивало возможности материала, сообщает sciencedaily.com. Исследование, представленное в журнале PNAS, может привести к созданию различных полезных устройств, включая солнечные коллекторы, поворачивающие за источником света для более эффективного сбора энергии.
«Что важно, мы можем контролировать молекулярную структуру, выстраивая жидкие кристаллы в произвольном направлении в трехмерном пространстве. Это позволяет запрограммировать в геометрии материала практически любую форму», — объяснил первый автор работы, Юсин Яо, аспирант лаборатории доктора Джоанны Айзенберг.
Микроструктуры, созданные командой, состоят из ЖКЭ и деформируются, реагируя на тепло, свет и влажность. Реконфигурация контролируется собственными химическими и физическими свойствами материала. Исследователи выяснили, что, если при синтезе на предшественников ЖКЭ воздействовать магнитным полем, все жидкие кристаллические элементы выстраиваются вдоль него. Ориентация сохраняется и после затвердевания полимера. Меняя направление магнитного поля, ученые определяли, как будет деформироваться готовая структура при нагреве до температуры, нарушающей положение жидких кристаллов. При охлаждении до нормальных условий изделие возвращалось в начальное, внутренне ориентированное состояние.
Материал может использоваться для создания зашифрованных сообщений, приводов микророботов и других систем. Команда также запрограммировала ЖКЭ на перестройку под действием света, включив фоточувствительные поперечно соединенные молекулы при полимеризации. Затем, когда структура подсвечивалась в определенном направлении, попавшая под лучи сторона сокращалась, заставляя все изделие повернуться в сторону источника. Таким образом ЖКЭ могут использоваться в системах, самостоятельно реагирующих на окружающую среду и непрерывно следующими за светом. Дополнительно, материал может реагировать на оба воздействия.
Новые ЖКЭ подходят для создания солнечных коллекторов. Покрытые микроструктурами, они будут поворачиваться к солнцу, как подсолнух, эффективнее собирая энергию. Технология также может лечь в основу автономных, следующих за источником радио, многоуровневого кодирования, датчиков и умных зданий.
