Самостоятельная сборка дыхательной фигуры
Самосборка дыхательных фигур — это процесс самосборки формирования сотовых микромасштабных полимерных узоров путем конденсации капель воды. «Фигура дыхания» относится к туману, который образуется, когда водяной пар контактирует с холодной поверхностью. [1] [2] [3] В современную эпоху систематическое исследование процесса конденсации дыхательных фигур провел Эйткен. [4] [5] и Рэлей , [6] [7] среди других. Спустя полвека интерес к образованию 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 полимерных структур, вдохновленных фигурами дыхания, будут рассмотрены далее подробно.
Прорыв в применении фигур дыхания был достигнут в 1994–1995 годах, когда Видавски, Франсуа и Питуа сообщили о производстве полимерных пленок с самоорганизованной , микромасштабной, сотовой фигур дыхания морфологией с использованием процесса конденсации . [11] [12] Сообщаемый процесс был основан на быстро испаряющихся растворах полимеров, подвергнутых воздействию влаги. [13] [14] [15] Введение в экспериментальные методы изготовления поверхностей с микроузором представлено в ссылке 1; Изображение, представляющее типичный сотовый узор, вдохновленный фигурами дыхания, показано на рисунке 1.
Основными физическими процессами, происходящими в процессе, являются: 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 получить упорядоченные, иерархические, сотовые структуры поверхности. [13] [16] Для формирования моделей, индуцированных самосборкой фигур дыхания, были успешно использованы различные экспериментальные методы, включая литье каплей, нанесение покрытия погружением и нанесение покрытия центрифугированием . [2] [15] Также были разработаны адаптированные методы для достижения разнообразной морфологии узоров и иерархических конструкций. [17] Характерный размер пор обычно близок к 1 мкм, тогда как характерный латеральный размер крупномасштабных узоров составляет ок. 10–50 мкм. [2]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Родригес-Эрнандес, Хуан; Бормашенко, Эдуард (2020). Фигуры дыхания: механизмы многомасштабного формирования рисунка и стратегии изготовления и применения микроструктурированных функциональных пористых поверхностей . Чам: Международное издательство Springer. дои : 10.1007/978-3-030-51136-4 . ISBN 978-3-030-51135-7 . S2CID 221372777 .
- ^ Jump up to: а б с Ябу, Хироши (2018). «Изготовление сотовых пленок методом «дыхательной фигуры» и их применение» . Наука и технология перспективных материалов . 19 (1): 802–822. Бибкод : 2018STAdM..19..802Y . дои : 10.1080/14686996.2018.1528478 .
- ^ Чжан, Айцзюань; Бай, Хуа; Ли, Лей (2015). «Фигура дыхания: вдохновленный природой метод подготовки упорядоченных пористых пленок». Химические обзоры . 115 (18): 9801–9868. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00069 . ПМИД 26284609 .
- ^ Эйткен, Джон (1893). «Фигуры дыхания» (PDF) . Труды Королевского общества Эдинбурга . 20 : 94–97. дои : 10.1017/S0370164600048434 .
- ^ Эйткен, Джон (1911). «Фигуры дыхания». Природа . 86 (2172): 516–517. Бибкод : 1911Natur..86..516A . дои : 10.1038/086516a0 . S2CID 3984200 .
- ^ Рэлей, Лорд (1911). «Фигуры дыхания» . Природа . 86 (2169): 416–417. Бибкод : 1911Natur..86..416R . дои : 10.1038/086416d0 .
- ^ Рэлей, Лорд (1912). «Фигуры дыхания» . Природа . 90 (2251): 436–438. Бибкод : 1912Natur..90..436R . дои : 10.1038/090436c0 .
- ^ Бейсенс, Д.; Стейер, А.; Генун, П.; Фриттер, Д.; Кноблер, CM (1991). «Как образуется роса?». Фазовые переходы . 31 (1–4): 219–246. Бибкод : 1991PhaTr..31..219B . дои : 10.1080/01411599108206932 .
- ^ Бейсенс, Д. (1995). «Образование росы». Атмосферные исследования . 39 (1–3): 215–237. Бибкод : 1995AtmRe..39..215B . дои : 10.1016/0169-8095(95)00015-j .
- ^ Бейсенс, Дэниел (2006). «Зарождение и рост росы» . Comptes Rendus Physique . 7 (9–10): 1082–1100. Бибкод : 2006CRPhy...7.1082B . дои : 10.1016/j.crhy.2006.10.020 .
- ^ Видавски, Жиль; Равизо, Мишель; Франсуа, Бернар (1994). «Самоорганизованная сотовая морфология пленок звездчатого полимера полистирола». Природа . 369 (6479): 387–389. Бибкод : 1994Natur.369..387W . дои : 10.1038/369387a0 . S2CID 4349235 .
- ^ Франсуа, Бернар; Питуа, Оливье; Франсуа, Жанна (1995). «Полимерные пленки с самоорганизующейся сотовой морфологией». Продвинутые материалы . 7 (12): 1041–1044. Бибкод : 1995AdM.....7.1041F . дои : 10.1002/adma.19950071217 .
- ^ Jump up to: а б Бунц, УВЧ (2006). «Фигуры дыхания как метод динамического моделирования полимеров и наноматериалов». Продвинутые материалы . 18 (8): 973–989. Бибкод : 2006АдМ....18..973Б . дои : 10.1002/adma.200501131 . S2CID 97676449 .
- ^ Муньос-Бонилья, Александра; Фернандес-Гарсия, Марта; Родригес-Эрнандес, Хуан (2014). «К иерархически упорядоченным функциональным пористым полимерным поверхностям, подготовленным с помощью подхода фигур дыхания». Прогресс в науке о полимерах . 39 (3): 510–554. doi : 10.1016/j.progpolymsci.2013.08.006 . hdl : 10261/98768 .
- ^ Jump up to: а б Бормашенко, Эдуард (2017). «Самосборка дыхательной фигуры — универсальный метод изготовления мембран и пористых структур: физические, химические и технологические аспекты» . Мембраны . 7 (3): 45. doi : 10.3390/membranes7030045 . ПМК 5618130 . ПМИД 28813026 .
- ^ Jump up to: а б Шринивасарао, Мохан; Коллингс, Дэвид; Филипс, Алан; Патель, Санджай (2001). «Трехмерно упорядоченный массив воздушных пузырьков в полимерной пленке». Наука . 292 (5514): 79–83. Бибкод : 2001Sci...292...79S . дои : 10.1126/science.1057887 . ПМИД 11292866 . S2CID 17807475 .
- ^ Дент, Фрэнсис Дж.; Харботтл, Дэвид; Уоррен, Николас Дж.; Ходапараст, Сепиде (12 апреля 2023 г.). «Использование обратимости фигуры дыхания для модуляции паттернов in situ и иерархического проектирования» . Мягкая материя . 19 (15): 2737–2744. дои : 10.1039/D2SM01650H . ISSN 1744-6848 . ПМЦ 10091834 . ПМИД 36987660 .
