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微观向日葵为更好的太阳能电池板

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-03-20浏览次数:1857

壁虎的垫子“臭名昭着的粘脚”覆盖着刷毛 - 微观,头发结构,其化学和物理成分以及高度的灵活性,使蜥蜴能够轻松抓住墙壁和天花板。科学家们试图在实验室中用各种材料复制这种动态微观结构,包括液晶弹性体(LCEs),它们是橡胶附着的橡胶网络,决定了LCE可以移动和拉伸的方向。到目前为止,合成LCE大多在一维或二维中变形,限制了结构在空间中移动并呈现不同形状的能力。

现在,灵感工程的工程和应用科学,John A. Paulson College(SEAS),来自哈佛大学Weiss研究所的一组生物科学家,已经整合磁场来控制LCES的分子结构并创造微观形状三维聚合物。可以编程为响应多种类型的刺激而向任何方向移动。据PNAS称,这项工作可能会产生许多有用的设备,包括太阳能电池板,它们跟随太阳以改善能量捕获。

“这个项目的关键是我们可以通过在3D空间的任何方向上对齐液晶来控制分子结构,这使我们几乎可以将任何形状编程到材料本身的几何形状中,”第一作者Yuxing Yao说,他是Joanna Aizenberg,Wyss创始核心学院成员,博士实验室。研究生。由Yao和Azienberg团队创建的微观结构由LCE铸造成任意形状,可以通过热,光和湿度变形,并且它们的特定重新配置由它们自己的化学和材料特性控制。研究人员发现,通过在合成时暴露LCE的磁性前体,LCE中的所有液晶元素都沿着磁场排列,并在聚合物固化后保持分子排列。通过改变过程中磁场的方向,科学家们可以确定当加热到破坏液晶结构方向的温度时LCE形状将如何变形。当环境温度恢复时,变形的结构恢复其初始状态。

该编程的形状变化可用于创建仅在加热到特定温度时显示的加密消息,用于小型软机器人的致动器,或者用于打开和关闭粘性粘合剂材料。该系统还可以使形状在通常需要输入一些能量的方向上自动弯曲。例如,LCE板不仅经历“传统的”平面外弯曲,而且还经历面内弯曲或扭曲,伸长和收缩。另外,通过在聚合期间将LCE结构的不同区域暴露于多个磁场,然后在加热时使它们在不同方向上变形,可以实现独特的运动。该团队还可以通过在聚合期间将光敏交联分子结合到结构中来对LCE形状进行编程以响应光重新配置。然后,当从某个方向照射结构时,面向光的一侧收缩,使整个形状朝向光弯曲。这种类型的自调节运动允许LCE响应其环境而变形并且不断地将其自身重定向以自主地跟随光。

此外,热响应和光响应特性可用于创建LCE,这样单个材料结构现在可以具有多种形式的运动和响应机制。这些多响应液晶的一个令人兴奋的应用是创造出一种覆盖有微结构的太阳能电池板,当它们像向日葵一样在天空中移动时,这些微结构会随着太阳转动,从而产生更有效的光捕获。该技术还可以构成自动信源跟踪无线电、多级加密、传感器和智能建筑的基础。“我们的实验室目前有几个正在进行的项目,我们正在努力控制这些LCE的化学反应,以实现独特的、以前看不见的变形行为,因为我们相信这些动态生物激发结构可能在许多领域。“申请吧,”艾森伯格说,他同时也是海洋公司艾米史密斯贝里森的材料科学教授。

“询问自然如何工作的基础知识,以及是否有可能在实验室中复制生物结构和过程,是Wyss研究所价值观的核心,并经常导致创新,不仅满足自然能力,而且提高了cr。吃新的。材料和设备,否则它们将不存在,”Weiss研究所的创始主任Donald Ingeber博士说,他同时也是哈佛医学院血管生物学教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目。以及海洋生物工程教授。论文的其他作者包括匹兹堡大学的James Waters博士和Anna Balazs博士;Anna Schneidman博士、Cui Jiaxi博士、Wang Ogguang博士、哈佛海的Nikolaj Mandzberg博士和哈佛大学化学系的Shucong Li博士。这项研究得到了能源部和DARPA的支持。