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      研究人員應(yīng)用溫度梯度來生長和移動液晶
      
			
      
				2019-12-20 10:46:34
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      液晶具有固態(tài)和液態(tài)雙重壽命，占據(jù)了創(chuàng)造更小，更快和更高效技術(shù)的中心位置。即使在單個粒子的水平上，液晶也會使光彎曲并對外力產(chǎn)生反應(yīng)，例如電場或物理推拉作用。因此，從監(jiān)視器屏幕到太陽能電池板，很少量的液晶通常足以在許多應(yīng)用中實現(xiàn)高性能。
      

      研究人員應(yīng)用溫度梯度來生長和移動液晶
      

      但是，為了充分利用液晶的奇妙特性，必須系統(tǒng)地組裝其組成粒子。
      

      在一項新的研究中，得克薩斯州A&M大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，將少量溫差施加到被沖淡的稱為磷酸鋯的 混合物中會引發(fā)液晶的結(jié)晶。研究人員說，隨著磷酸鋯顆粒向著更高的溫度移動，它們開始彼此對準，最終變成純液晶。
      

      Artie McFerrin化工系教授鄭正東博士說：“我們是第一個概念驗證研究，表明溫度梯度是一種組裝高質(zhì)量液晶的有效但簡單的工具。” “此外，我們的結(jié)果表明，我們可以通過改變溫度來移動液晶，這一特性可以將液晶顆粒從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方，從而為除通常與液晶相關(guān)的應(yīng)用之外的應(yīng)用鋪平了道路。今天。”
      

      研究人員在ACS Nano雜志的10月號上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。
      

      液晶代表一種物質(zhì)狀態(tài)，介于固態(tài)和液態(tài)之間。就像形成晶體的固體分子一樣，液晶的分子也以半系統(tǒng)的方式排列，就像半滿停車場的汽車一樣。但是液晶也是流動的，可以呈現(xiàn)任何形狀，如液體。此外，在液晶化身中，材料通常顯示出奇異的特性。例如，它們響應(yīng)于電場而分裂光束或改變其分子排列。
      

      但是材料是否可以呈現(xiàn)液晶狀態(tài)取決于其組成顆粒的整體形狀。由球形顆粒組成的物質(zhì)不會形成液晶。另一方面，由像桿一樣長或像盤一樣平坦的顆粒組成的材料確實會形成液晶。Cheng和他的團隊對磷酸鋯特別感興趣，因為它的盤狀顆粒能夠以液晶狀態(tài)自組裝成較大的扁平二維結(jié)構(gòu)。
      

      程說：“自然界中發(fā)現(xiàn)的許多顆粒，如紅細胞，核小體和粘土顆粒，都是圓盤狀的，在適當(dāng)?shù)那闆r下，它們可以自組裝成液晶。” “因此，我們用磷酸鋯作為替代品來研究是否有一種方法可以通過實驗控制這些顆粒的液晶。”
      

      如果將足夠多的磷酸鋯添加到水中，磷酸鋯會自動組裝成液晶。但是所得的液晶通常具有缺陷并且不穩(wěn)定。因此，Cheng和他的團隊想出了另一種方法。
      

      Cheng先前已經(jīng)證明，施加溫度差可以使球形顆粒組裝成晶體塊。使用相同的原理，他的團隊研究了是否可以使用不同的溫度將磷酸鋯組裝成液晶。
      

      對于他們的實驗，德克薩斯州A&M團隊將磷酸鋯和水制成混合物，并將其填充到兩英寸長的細管中，以確保磷酸鋯的量足夠小以至于不會觸發(fā)自動液晶化。接下來，他們以管兩端之間的溫差約為10度的方式施加熱量。
      

      在一個小時內(nèi)，Cheng和他的團隊發(fā)現(xiàn)，管子較冷端的磷酸鋯顆粒開始向熱端蠕動，從而觸發(fā)了管子較熱端的液晶結(jié)晶。
      

      德州農(nóng)工大學(xué)研究生Dali Huang說：“就像鍋中的水從熱的底部到冷的容器的頂部循環(huán)一樣，我們管中的水也在從較高的溫度循環(huán)到較低的溫度。”工程學(xué)院和該研究的主要作者。“相應(yīng)地，磷酸鋯顆粒也沿水流方向移動，并排列成液晶。”研究人員推測，流動水中的推動有助于磷酸鋯顆粒系統(tǒng)地定位自身，直到形成液晶。他們還發(fā)現(xiàn)，與其他方法形成的液晶相比，用溫度梯度產(chǎn)生的液晶的缺陷少。
      

      Cheng指出，他們的發(fā)現(xiàn)為在各種情況下使用打開了新的大門。
      

      程說：“由于其形狀，盤狀顆粒的表面積比其體積大。” “例如，如果我們考慮下一代生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，我們可以潛在地利用這種幾何形狀將藥用顆粒加載到它們的平坦表面上，然后改變溫度以將它們運送到身體的特定部位。”
      
			

			
        
      
			
      
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