FINN
Det nye materialet som imiterer fjærene til en blåfugl
ETH-forskere har utviklet en ny komponent inspirert av den komplekse strukturen til fjærdrakten til den amerikanske østlige blåfuglen
ETH-forskere har utviklet et nytt materiale inspirert av fjærene til den østlige blåfuglen (Foto: Envato)
L 'orientalsk blå det er en spesiell fugl: den lille syngende fuglen gjemmer seg blant sine svært sjeldne blå fjær, hemmeligheten bak å designe materialer med unike egenskaper. Fargen på fjærdrakten skyldes faktisk ikke et pigment, men den spesielle strukturen til fjærene.
Forskere ved Federal Institute of Technology i Zürich klarte å gjenskape det og oppnå en nytt materiale som har vist overraskende kvaliteter (og fordeler).
Robotikk, "farge"-sensoren som imiterer følsomheten til huden
Nye sammenføyningsteknikker for elektronikk takket være nanoeffekter
Nytt materiale inspirert av fjærene til den orientalske blåfuglen
Observert under mikroskopet fjær av den østlige blå (Sialia Sialis) vises krysset av en kanalnettverk med en diameter på noen hundre nanometer, eller milliarddeler av en meter.
Den sjeldne blå fargen til den nordamerikanske landlige sangfuglen har tiltrukket seg oppmerksomheten til forskere ved Laboratory of Soft and Living Materials of Det føderale polytekniske instituttet i Zürich, ledet av den tidligere ETH-professoren Eric Dufresne.
Forskere har klart å gjenskape det komplekse og fascinerende strukturen til fjærene av den østlige blå: de har utviklet et nytt materiale som presenterer samme strukturelle design som fjærene, og som demonstrerte en overraskende potensial i ulike praktiske anvendelser.
For å rekonstruere fjærdrakten til den lille Sialia Sialis, tok forskerne utgangspunkt i en gjennomsiktig silikongummi som har egenskapen å kunne strekkes og deformeres.
De plasserte så dekket i ett oljeaktig løsning og la den "svelle" i flere dager i ovn på 60°C. Når blandingen var avkjølt, ekstraherte de gummien fra oljeløsningen.
La nanostruktur av gummien, observert under mikroskop, viste retikulære strukturer som ligner på de som gir fjærene til den østlige blåfuglen sin karakteristiske blå farge.
«Monstrel»-støtte for forskning på kvantematerialer
Effekten ... kameleon av biologisk nedbrytbare 3D-sensorer og skjermer
En tyggegummi i en oljeaktig løsning: akkurat som olje og eddik
Hovedforskjellen mellom det nye materialet og fjærene til Sialia Sialis er i tykkelsen på kanalene dannet på overflaten: det syntetiske materialet måler 800 nanometer, mens fjærene til den østlige blå er bare tykke 200 nanometer.
Prinsippet bak opprettelsen av gitteret er faseseparasjon, den deling mellom komponentene i en blanding som oppstår, for eksempel når de blandes olje og eddik å kle salaten.
Uansett hvor hardt du prøver, har de to væskene en tendens til å skilles så snart du slutter å riste emulsjonen kraftig: endre temperaturDet er imidlertid mulig å få de to komponentene til å gå sammen og skille seg igjen.
Dette er nøyaktig prosedyren som ETH-forskerne fulgte for å blande silikongummien og den oljeaktige løsningen: Resultatet av denne svært delikate prosessen er at inne i gummien, en hel mikroskopisk nettverk av kanaler, veldig lik den til fjærene til den østlige blåfuglen.
Som han forklarte Carla Fernandez Rico, hovedforfatter av studien publisert i "Nature Materials", eksperimenter har vist at det er mulig "kontrollere og velge forhold slik at kanaler dannes under faseseparasjon".
"Vi klarte å stoppe prosedyren før de to fasene slo seg helt sammen igjen”, forklarte forskeren.
Disse reaksjonene på en gullbase som var banebrytende for en "ny kjemi"
Kretser fra fornybare råvarer for «grønn» elektronikk
Ny behandlingsmetode med overraskende potensial
Nyheten i dette behandlingsmetode av materialer genererer mye interesse i fysikkmiljøet. "Vi har et enkelt system som består av kun to ingredienser, men den endelige strukturen som oppnås er svært kompleks og kontrollert av egenskapene til ingrediensene", forklarer Fernández Rico, "vi har blitt kontaktet av flere grupper av teoretikere som foreslår bruk av fysiske modeller for å forstå nøkkelprinsippene i denne nye prosessen og forutsi resultatet.".
Potensialet til denne spesielle gummien skapt for å imitere strukturen til fjærene til en liten blå fugl er ikke begrenset til dette: det nye materialet har et enormt potensial mht. tekniske applikasjoner og bærekraftige løsninger.
Et mulig bruksområde er batteri: En av hovedårsakene til at batterier mister ladekapasiteten over tid er at ionene (som beveger seg mellom elektrodene gjennom en flytende elektrolytt) ender opp med å reagere med sistnevnte, og forårsake fysisk kontakt mellom elektrodene.
En mulig løsning på dette problemet kan være i erstatte den flytende elektrolytten med faste elektrolytter som garanterer god transport av ioner takket være en kapillær nettverksstruktur av sammenkoblede kanaler. Akkurat det ETH-forskerne viste.
En annen mulig anvendelse for dette materialet inspirert av fuglefjær er i føflekker vannfiltre: i dette tilfellet er det spesielt fordelaktige overflate/volum forhold, som i kanalstrukturer er enorm.
Strukturen til det nye materialet, forklarer forskerne, gjør at bakterier og forurensninger effektivt kan fjernes fra vannet samtidig som det beveger seg raskt.
En innovasjon for å gjenopplive vannbaserte strømningsbatterier?
Deep learning studerer sosiale interaksjoner mellom dyr
Fremtidig forskningsutvikling: prøver med naturlige polymerer
En av de store fordelene med den nye metoden utviklet i laboratoriene til ETH Zürich er at prosessen er fullstendig skalerbar: "I prinsippet kan du bruke et stykke gummiaktig plast i alle størrelser"Sier Fernandez Rico, selv om da "tilstrekkelig store beholdere og ovner vil også være nødvendig".
Det nye materialet er fortsatt langt fra klart for markedet: "Mens gummiblandingen er billig og lett å få tak i, er oljefasen ganske dyr. Et par billigere alternativer ville være nødvendig”, forklarer forskeren.
En løsning kan komme fra bærekraftig forskningsutvikling: "Mange naturlige polymerer, som f.eks cellulose eller kitin, har en lignende struktur som gummien som brukes i vårt arbeid”, sier Fernández Rico, og de utgjør absolutt et mer bærekraftig alternativ sammenlignet med silikongummi avledet fra petroleum.
Sustainable Product Policy Initiative: nye materialer og EUs retningslinjer
Fremtidens kjemi: industriens nye utfordringer for bærekraft
Forskere ved Federal Institute of Technology i Zürich har utviklet et nytt materiale inspirert av strukturen til sjeldne blå fjær (Foto: Envato)
