W IChF PAN określono warunki przyśpieszonej separacji mieszaniny polimerów i ciekłych kryształów

W Instytucie Chemii Fizycznej PAN zbadano, w jaki sposób zewnętrzne pole elektryczne wpływa na tempo separacji składników w mieszaninach złożonych z polimerów i ciekłych kryształów oraz z samych polimerów różnych typów. Zebrane obserwacje otwierają ciekawe możliwości m.in. przy tworzeniu nowych materiałów kompozytowych - poinformował Instytut w przesłanym PAP komunikacie.

Niejednorodne mieszaniny polimerów z innymi polimerami lub ciekłymi kryształami są często używane w przemyśle - w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych, przepływowych czujnikach gazów, pamięciach optycznych i innych urządzeniach.

Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie przeanalizowali zachowanie mieszanin tego typu poddanych działaniu zewnętrznego, zmiennego pola elektrycznego. "Udało się nam precyzyjnie określić warunki sprzyjające nawet tysiąckrotnemu przyspieszeniu procesu separacji składników badanych mieszanin" - mówi prof. dr hab. Robert Hołyst.

Składniki wielu mieszanin z czasem samoistnie się rozdzielają, przy czym tempo tego procesu jest zwykle bardzo wolne. Naukowcy wiedzą od dawna, że separację można przyspieszyć, gdy niejednorodną ciecz umieści się w zewnętrznym, zmiennym polu elektrycznym o odpowiednio dobranej częstotliwości. "Uważa się, że za przyspieszenie separacji składników są wówczas odpowiedzialne jony, będące naturalnym składnikiem tego typu mieszanin" - napisano w komunikacie.

W IChF PAN badano mieszaniny polimeru z innym polimerem lub ciekłym kryształem. W obecności zmiennego pola elektrycznego o natężeniu kilku milionów woltów na metr jony w składniku charakteryzującym się wyższym przewodnictwem zaczynały swobodnie przemieszczać się ku elektrodzie o przeciwnym ładunku. Dochodziły jednak do granicy fazy, gdzie po drugiej stronie znajdował się materiał nieprzewodzący, w którym raptownie zwalniały - informują przedstawiciele Instytutu.

"W tych warunkach na granicy faz pojawia się dodatkowa siła. Gdy pole elektryczne zmienia się z odpowiednią częstotliwością, jony zaczynają szarpać granicą. To szarpanie sprzyja znacznie wydajniejszemu niż normalnie łączeniu się poszczególnych kropel danego składnika, a więc prowadzi do szybszej separacji obu faz" - wyjaśnia doktorantka Natalia Ziębacz z IChF PAN.

Efektywność procesu separacji składników badanych mieszanin silnie zależała od częstotliwości przyłożonego pola elektrycznego.

"Przeprowadzone w IChF PAN pomiary optyczne wykazały, że w optymalnych warunkach, przy częstotliwościach do kiloherców, separacja zachodziła nawet tysiąc razy szybciej. Zbyt niskie lub zbyt wysokie częstotliwości pola elektrycznego nie wywoływały znaczących ruchów jonów i separacja zachodziła w normalnym, wolnym tempie. Mechanizm fizyczny zjawiska sugeruje, że podobnego efektu można się spodziewać we wszystkich mieszaninach zanieczyszczonych jonami i zawierających składniki różniące się przewodnictwem elektrycznym" - czytamy w komunikacie.

Zdaniem naukowców z IChF PAN, kontrolowanie tempa procesu separacji w tak dużym przedziale czasowym, obejmującym aż trzy rzędy wielkości, otwiera drogę do interesujących zastosowań.

"Samą reakcję separacji można przeprowadzać bardzo szybko, po czym praktycznie zatrzymać w precyzyjnie wybranym stadium. Otrzymaną w ten sposób strukturę mieszaniny można następnie utrwalić, na przykład za pomocą zmian temperatury. Zgłoszona do opatentowania metoda kontrolowania separacji mieszanin polimerów i ciekłych kryształów za pomocą pola elektrycznego okazuje się więc świetną drogą do tworzenia nowych materiałów" - napisano w komunikacie.

Badania zostały sfinansowane z grantów Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz European Science Foundation.

Zdjęcie:
Separację składników w niejednorodnych mieszaninach można przyspieszyć nawet tysiąckrotnie za pomocą zmiennego pola elektrycznego o odpowiedniej częstotliwości. Efekt prezentuje doktorantka Natalia Ziębacz z IChF PAN. Foto:IChFPAN/Grzegorz Krzyżewski.

Żródło:

PAP - Nauka w Polsce, www.naukawpolsce.pap.pl

Zdjęcie:
Separację składników w niejednorodnych mieszaninach można przyspieszyć nawet tysiąckrotnie za pomocą zmiennego pola elektrycznego o odpowiedniej częstotliwości. Efekt prezentuje doktorantka Natalia Ziębacz z IChF PAN. Foto: IChFPAN/Grzegorz Krzyżewski.