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軟質(zhì)材料動態(tài)特性的新應(yīng)用

2017-07-05 13:15:26 作者：本網(wǎng)整理來源：材料科技在線分享至：

美國科學(xué)家已經(jīng)發(fā)明了一種追蹤和控制動態(tài)分子振動的新方法，這種方法可以傳遞熱量、聲音和其他形式的能量。通過控制這些軟質(zhì)材料（如聚合物和液晶化合物）中的振動波，可以使他們更廣泛的使用，并促進(jìn)新型能源應(yīng)用的發(fā)展，包括熱學(xué)和聲學(xué)絕緣子，以及將廢熱轉(zhuǎn)化為電能或光轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動。

這個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作發(fā)表在Nano Letters[Bolmatov et al. Nano Lett. （2017） DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01324]上。他們使用了一種新型非彈性X射線散射（IXS）光束線來評估液晶化合物在三個(gè)不同階段以上的振動傳播。隨著溫度的升高，納米結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，而且液晶也變得不那么有序，并發(fā)現(xiàn)有顯著影響作用的振動波的流動。這意味著選擇或改變“相位”——分子的排列——將改變材料的動態(tài)特性，從而也使能量的振動和流動得到控制。

Dima Bolmatov說：“光束線的技術(shù)特性使我們能夠精確的定位振動，并在不同尺度不同方向上追蹤他們的傳播–甚至在缺乏有序固體結(jié)構(gòu)的材料中同樣適用。”

樣品被X射線轟擊，以測量它們釋放或獲得的能量，以及它們散射樣品的角度。這就得到了一些分子在波形振動中所需的能量，而散射角則探測了樣品內(nèi)部不同長度尺度上傳播的振動。就像首席作者Dima Bolmatov所說的：“光束線的技術(shù)特性使我們能夠精確的定位振動，并在不同尺度不同方向上追蹤他們的傳播–甚至在缺乏有序固體結(jié)構(gòu)的材料中同樣適用。”

在三種不同的溫度下進(jìn)行了測量，材料的有序性發(fā)生了變化，晶相開始轉(zhuǎn)變?yōu)榉歉叨扔行虻?ldquo;近晶”狀態(tài)，最后轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N“各向同性”液體。人們已經(jīng)證明得到：振動波通過最有序的相位進(jìn)行傳播，以及無序的出現(xiàn)使得低能量“剪切聲波”的振動消失，這與垂直于傳播方向的分子的壓縮有關(guān)。

這項(xiàng)研究使得聲、光結(jié)合機(jī)械振動應(yīng)用于新的聲子或光學(xué)成為可能，因此，控制材料基于外部光線和聲音的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)。該小組將繼續(xù)研究軟物質(zhì)的動態(tài)特性，特別在于其中含有的許多有趣分子結(jié)構(gòu)，以及未經(jīng)勘探的的納米級行為，如嵌段共聚物、納米顆粒組裝體、脂膜和其他液晶。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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