Самосборка дыхательной фигуры - Breath-figure self-assembly

Схема (внизу) и электронные микрофотографии (вверху) роста соты полистирол пленка методом самосборки.
Мембрана водяного фильтра, полученная путем самосборки дыхательной фигуры, просматривается на разных этапах синтеза и при увеличении. Материал мембраны представляет собой смесь поли (фениленоксида) и наночастиц диоксида кремния.

Самосборка дыхательной фигуры это самосборка процесс формирования соты микромасштабные полимерные узоры за счет конденсации капель воды. «Фигура дыхания» относится к туману, который образуется при контакте водяного пара с холодной поверхностью.[1][2][3] В современную эпоху систематическое изучение процесса конденсации воды у фигурок дыхания проводилось Aitken[4][5] и Рэлей,[6][7] среди прочего. Спустя полвека интерес к формированию фигуры дыхания возродился в связи с изучением атмосферных процессов и, в частности, расширенным изучением образования росы, которое оказалось сложным физическим процессом. Экспериментальное и теоретическое исследование образования росы было проведено Бейсенсом.[8][9][10] Термодинамические и кинетические аспекты образования росы, которые имеют решающее значение для понимания формирования рисунков из полимерных фигур, вдохновленных дыханием, будут рассмотрены более подробно.

Прорыв в применении фигур дыхания был достигнут в 1994–1995 годах, когда Видавски, Франсуа и Питуа сообщили о производстве полимер фильмы с самоорганизованный, в микромасштабе, соты морфология с использованием фигур дыхания процесс конденсации.[11][12] Описанный процесс был основан на быстро испаряющихся растворах полимеров, подвергшихся воздействию влаги.[13][14][15] Введение в экспериментальную технику изготовления поверхностей с микрорельефом приведено в ссылке 1; Изображение, представляющее типичный сотовый рисунок, напоминающий фигуры дыхания, показано на рисунке 1.

Основные физические процессы, участвующие в процессе: 1) испарение раствора полимера; 2) зарождение капель воды; 3) конденсация капель воды; 4) рост капель; 5) испарение воды; 6) затвердевание полимера, приводящее к образованию микропористого рисунка.[16] Этот экспериментальный метод позволяет получать упорядоченные, иерархические структуры сотовой поверхности.[13][16] Для формирования индуцированных моделей самосборки фигур из дыхания успешно использовались различные экспериментальные методы, в том числе литье по падению, окунание и центрифугирование.[2][15] Сообщалось об иерархическом формировании паттернов, возникающих при самосборке дыхательных фигур. Характерный размер пор обычно близок к 1 мкм, тогда как характерный латеральный размер крупномасштабных узоров составляет ок. 10–50 мкм.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Родригес-Эрнандес, Хуан; Бормашенко, Эдуард (2020). Фигурки для дыхания: механизмы создания многомасштабного рисунка и стратегии изготовления и применения микроструктурированных функциональных пористых поверхностей. Чам: Издательство Springer International. Дои:10.1007/978-3-030-51136-4. ISBN  978-3-030-51135-7.
  2. ^ а б c Ябу, Хироши (2018). «Изготовление сотовых пленок методом дыхательной фигуры и их применение». Наука и технология перспективных материалов. 19: 802–822. Дои:10.1080/14686996.2018.1528478. открытый доступ
  3. ^ Чжан, Айзюань; Бай, Хуа; Ли, Лей (2015). «Дыхательная фигура: вдохновленный природой метод подготовки для упорядоченных пористых пленок». Химические обзоры. 115 (18): 9801–9868. Дои:10.1021 / acs.chemrev.5b00069. PMID  26284609.
  4. ^ Эйткен, Джон (1893). «Фигурки дыхания» (PDF). Труды Королевского общества Эдинбурга. 20: 94–97. Дои:10.1017 / S0370164600048434.
  5. ^ Эйткен, Джон (1911). «Фигурки дыхания». Природа. 86 (2172): 516–517. Дои:10.1038 / 086516a0.
  6. ^ Рэлей, лорд (1911). «Фигурки дыхания». Природа. 86 (2169): 416–417. Дои:10.1038 / 086416d0.
  7. ^ Рэлей, лорд (1912). «Фигурки дыхания». Природа. 90 (2251): 436–438. Дои:10.1038 / 090436c0.
  8. ^ Beysens, D .; Steyer, A .; Guenoun, P .; Fritter, D .; Ноблер, К. М. (1991). «Как образуется роса?». Фазовые переходы. 31 (1–4): 219–246. Дои:10.1080/01411599108206932.
  9. ^ Бейсенс, Д. (1995). «Образование росы». Атмосферные исследования. 39 (1–3): 215–237. Дои:10.1016 / 0169-8095 (95) 00015-j.
  10. ^ Бейсенс, Дэниел (2006). «Зарождение и рост росы». Comptes Rendus Physique. 7 (9–10): 1082–1100. Дои:10.1016 / j.crhy.2006.10.020.
  11. ^ Видавски, Жиль; Равизо, Мишель; Франсуа, Бернар (1994). «Самоорганизующаяся сотовая морфология звездно-полимерных полистирольных пленок». Природа. 369 (6479): 387–389. Дои:10.1038 / 369387a0.
  12. ^ Франсуа, Бернар; Питуа, Оливье; Франсуа, Жанна (1995). «Полимерные пленки с самоорганизующейся сотовой морфологией». Современные материалы. 7 (12): 1041–1044. Дои:10.1002 / adma.19950071217.
  13. ^ а б Бунц, У. Х. Ф. (2006). «Дыхание фигур как метод динамического моделирования для полимеров и наноматериалов». Современные материалы. 18 (8): 973–989. Дои:10.1002 / adma.200501131.
  14. ^ Муньос-Бонилья, Александра; Фернандес-Гарсия, Марта; Родригес-Эрнандес, Хуан (2014). «К иерархически упорядоченным функциональным пористым полимерным поверхностям, подготовленным с помощью фигур из дыхания». Прогресс в науке о полимерах. 39 (3): 510–554. Дои:10.1016 / j.progpolymsci.2013.08.006. HDL:10261/98768.
  15. ^ а б Бормашенко, Эдуард (2017). «Самосборка Breath-Figure - универсальный метод изготовления мембран и пористых структур: физические, химические и технологические аспекты». Мембраны. 7 (3): 45. Дои:10.3390 / мембраны7030045. ЧВК  5618130. PMID  28813026.
  16. ^ а б Шринивасарао, Мохан; Коллингс, Дэвид; Филипс, Алан; Патель, Санджай (2001). "Трехмерно упорядоченный массив пузырьков воздуха в полимерной пленке". Наука. 292 (5514): 79–83. Дои:10.1126 / science.1057887. PMID  11292866.