Ang “Colloidal Gels,” Impiyerno ng Mga Produkto na Pang-araw-araw, ay Nagpapakita ng kanilang mga Ebolusyonaryong Lihim

Ang mga maliit na butil na kahawig ng microscopic wool -woven na bola ay talagang hindi zeolite particle. Ang mga microporous crystalline particle ay nabuo sa pamamagitan ng pag-ulan habang nagbabago ang aluminosilicate colloidal hydrogels, nagsisimula bilang isang may tubig na solusyon sa mineral, pagkatapos ay naging isang viscoelastic gel at sa wakas ay isang solidong baso na solid. Kredito: sa kabutihang loob ng mga mananaliksik

Sinuri ng pag-aaral ang mga katangiang mekanikal ng mga materyal na ito habang nagbabago mula sa nababanat na mga gel hanggang sa solidong baso.

Ang mga mananaliksik sa IBA pa bumuo ng isang bagong pamamaraan para sa pagtukoy ng istraktura at pag-uugali ng isang klase ng malawakang ginamit na malambot na materyales na kilala bilang marupok na colloidal gels, na matatagpuan sa lahat mula sa mga kosmetiko hanggang sa mga materyales sa konstruksyon. Ang pag-aaral ay nakilala ang mga gel sa buong kanilang ebolusyon, dahil nabago ang mga ito mula sa mga solusyon sa mineral patungo sa nababanat na mga gel at pagkatapos ay sa mga solidong baso.

Ang gawain ay nagpapakita ng mga mekanismo ng mikrostruktura na pinagbabatayan kung paano nagbabago ang mga natural na gel sa paglipas ng panahon, at kung paano din nagbabago ang kanilang pagkalastiko sa paglipas ng panahon at nakasalalay sa rate na kung saan ito ay eksperimentong na-deform. Ang paglalarawan na ito ay dapat payagan ang karagdagang pag-aaral, hula, at marahil pag-uugali ng pag-uugali ng mga gel, pagbubukas ng mga pagpapaunlad sa mga lugar tulad ng paghahatid ng droga at paggawa ng pagkain, kung saan ang mga gel na ito ay karaniwang mga sangkap., Pati na rin ang mga aplikasyon mula sa paglilinis ng tubig hanggang sa Ang pagtatapon ng mga basurang nukleyar, na gumagamit ng mga koloidal gel sa isang mala-kristal, napusok na form na kilala bilang zeolites.

“Naniniwala kami na ang bagong pangkalahatang larawan at pag-unawa sa gelation at kasunod na mga proseso ng pag-iipon ay mahalaga para sa mga materyal na siyentipiko na nagtatrabaho sa malambot na bagay,” sabi ni Gareth McKinley, ang School of Engineering Professor sa Pagtuturo ng Inovasyon at propesor ng mechanical engineering sa MIT.

“Ang aming mga resulta ay nagawang maunawaan ng mga mananaliksik kung bakit ang mga mahihinang koloidal gels ay nagpapakita ng mga aspeto ng parehong salamin at gel, at upang makapag-engineer ng mga gel na may tukoy na nais na mga katangian. Hugis ng kanilang mekanikal na tugon,” sabi ni Bavand Keshavarz, isang postdoc sa MIT’s Department of Mechanical Ang engineering at unang may-akda ng bagong pag-aaral, na matatagpuan sa PNAS.

Ang pananaliksik ay isinasagawa bilang bahagi ng isang internasyonal na pakikipagtulungan na kinasasangkutan ng MIT, Argonne National Laboratory, ang French National Center for Scientific Research, at ang French Alternative Energies at Atomic Energy Commission.

Ang paggamit ng mga aluminosilicate gel, malawakang ginagamit para sa paggawa ng zeolites, nadaig ng mga mananaliksik ang maraming mga hamon na nauugnay sa paglalarawan ng napakalambot na mga materyales, na patuloy na nagbabago sa paglipas ng panahon, pati na rin ang pagpapakita ng iba’t ibang mga katangian depende sa rate kung saan ang deform na iyon. Inihalintulad ni Keshavarz ang kanilang pag-uugali kay Silly Putty, na kumakalat at dumadaloy kapag hinila mo ito nang dahan-dahan, ngunit mabilis na masira kapag binigyan mo ito ng mabilis na paghila.

Mabilis din ang edad ng mga gel, nangangahulugang ang mga mekanikal na pag-uugali na ipinamalas nila, habang nag-iiba-iba na sa iba’t ibang mga rate ng pagpapapangit, mabilis na nagbabago sa paglipas ng panahon. Karamihan sa mga nakaraang pag-aaral ay nakatuon sa pag-aaral ng mga materyal na ito sa kanilang hinog na estado, ayon kay Keshavarz.

“Hindi sila makakakuha ng pangkalahatang larawan ng gel dahil ang pang-eksperimentong window ng kanilang mga obserbasyon ay medyo makitid,” sabi ni Keshavarz.

Para sa pag-aaral na ito, natagpuan ng mga mananaliksik na tumpak nilang mahuhulaan ang proseso ng pag-iipon ng mga gel sa pamamagitan ng isang balangkas na kilala bilang “time-connectivity superposition.”

Isinailalim nila ang mga alumino-silicate sa isang paulit-ulit na serye ng mga kumplikadong dalas ng error na kilala bilang chirps sa panahon ng gelation at kasunod na mga proseso ng pagtanda. Ang mga huni, na ginaya pagkatapos ng mga pagkakasunud-sunod ng signal ng ecolocation na ginawa ng mga paniki at dolphins, napakabilis na sinubukan ang mga nagbabagong katangian ng malambot na materyales.

Sa pamamagitan ng patuloy na paglalapat ng mga signal ng chirp sa buong pag-unlad ng mga gel, lumikha ang mga mananaliksik ng isang serye ng mga naiisip na snapshot ng impormasyon na kumakatawan sa mga mekanikal na katangian ng mga gels habang napapailalim sila sa maraming mga frequency ng pag-renew na binubuo ng walong mga order ng lakas (hal., Mula sa 0,0001 hertz hanggang 10,000 hertz).

“Nangangahulugan ito na tinitingnan namin ang materyal na pag-uugali sa maraming mga probing frequency,” sabi ni Keshavarz, “mula sa pinakamabagal na pagpapapangit hanggang sa pinakamabilis.”

Ang mga nagresultang snapshot ay nagbibigay ng isang komprehensibong profile ng mga mekanikal na katangian ng mga gel, na pinapayagan ang mga mananaliksik na tapusin na ang mga mahihinang colloidal gels, na kilala rin bilang mga pasty na materyales, ay may dobleng kalikasan, ipinapakita ang mga anyo ng parehong salamin at gel. Bago ang pag-aaral na ito, ang limitadong pagmamasid ng mga mananaliksik ay humantong sa kanila na tapusin na ang mga naturang materyal ay maaaring gels o baso, hindi napagmasdan ang parehong mga hugis sa isang eksperimento.

“Sinasabi ng isang siyentista na ito ay isang gel, at may nagsabing ito ay isang baso. Pareho silang tama,” sabi ni McKinley, na inihambing ang mga katangian ng mga gel sa mga caramel, na nagpapakita ng parehong mga prinsipyo ng pagkakakonekta ng oras dahil sa init at maaaring maging malambot at chewy o malutong at baso.

Upang obserbahan ang nagbabago na istraktura ng mga aluminosilicate gel, bilang karagdagan sa pagsusuri ng kanilang mga mekanikal na katangian sa buong proseso ng gelation at pag-iipon, ang mga mananaliksik ay gumamit ng X-ray dispersing. Pinapayagan silang malutas ang istraktura ng gel na nagsisimula mula sa kung kailan ang mga sangkap ng kemikal na ito ay mas maliit kaysa sa haba ng haba ng daluyong ng ilaw at samakatuwid ay hindi makikita nang walang X-ray. Pinapayagan ng proseso ang mga mananaliksik na obserbahan ang pisikal na istraktura ng mga gel sa kaliskis na may haba na higit sa apat na order ng lakas, na nag-zoom mula sa isang sukat na 1 micron hanggang 0.1 nanometer.

Sa pamamagitan ng pagmamasid sa mga gel ng tulad ng isang malaking sukat sa spatial, nalaman ng mga mananaliksik na ang tulad ng bali na network ng mga konektadong mga maliit na butil ay bubuo habang ang mga maliit na butil na kumpol sa isang gel ay mananatiling buo sa lapad. Sa puntong gel. Lumalaki ang network at nagdagdag ng mga kumpol, nagbabago ang laki, ngunit ang pangunahing istraktura o “gulugod” at geometry ay mananatiling pareho.

Sinusuri ang mga materyales sa isang malaking sukat sa spatial at pinagsasama ang impormasyong ito sa sabay na impormasyon tungkol sa mekanikal na pag-uugali ng mga materyales, napagpasyahan din ng mga mananaliksik na mas malaki ang mga kumpol sa loob ng network. Mas mabagal sa isang mala-gel na pamamaraan pagkatapos na maging deformed habang maliit. Ang mga kumpol ay mas mabilis na nagpapahinga tulad ng isang matigas na materyal na salamin. Gumuhit si McKinley ng mga pagkakatulad sa mga minarkahang pagkakaiba na naranasan namin sa pagitan ng oras na kinakailangan para sa isang memorya ng foam foam upang makabawi mula sa na-compress kumpara sa oras na aabutin ng isang matandang matres. Ang pagmamasid sa ugnayan na ito sa pagitan ng laki ng mga kumpol sa loob ng materyal at ang rate ng pagpapahinga ay nagbibigay ng karagdagang ilaw sa pinagmulan ng iba’t ibang mga katangian ng malambot na materyales.

“Ang aming trabaho ay magbubukas ng isang pananaw sa nobela,” sabi ni Keshavarz, “at nagbibigay daan sa mga mananaliksik na makabuo ng isang mas komprehensibong pagtingin sa likas na likas na materyales.

“Ang mga koloidal gel ay pinaghalong lahat ng mga materyales,” sabi ni Emanuela Del Gado, associate professor sa Georgetown University’s Department of Physics, na hindi lumahok sa pananaliksik na ito ngunit nagtatrabaho sa koponan ng MIT dati. “Ang kanilang pisika ay mahalaga sa maraming industriya at teknolohiya (mula sa pagkain hanggang pintura, sa semento, mga produktong personal na pangangalaga at aplikasyon ng biomedical). Ang papel na ito ang unang pagtatangka na makilala ang mga mikroskopiko. Pag-uugali na pinag-iisa ang mekaniko sa isang potensyal na malawak na klase ng mga system , sa pamamagitan ng pagkonekta [the gels’] microstructure ng kanilang pag-uugali ng rheological. “

Sanggunian: “Oras ng pagkakakonekta sa pagkakakonekta at ang gel / salamin na dualitas ng mga mahihinang colloidal gels” nina Bavand Keshavarz, Donatien Gomes Rodrigues, Jean-Baptiste Champenois, Matthew G. Frith, Jan Ilavsky, Michela Geri, Thibaut Divoux, Gareth H. McKinley at Arnaud Poulesquen, 13 Abril 2021, Pamamaraan ng National Academy of Science.
DOI: 10.1073 / pnas.2022339118

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.