• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polacy odkryli sposób formowania warstw ciekłych kryształów na wodzie

    18.11.2011. 00:25
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Sposób powstawania wielu warstw ciekłych kryształów umieszczonych na powierzchni wody odkryli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie. "Zaobserwowaliśmy dziewięciowarstwy, które dotychczas funkcjonowały wyłącznie w charakterze naukowych sugestii" - poinformował dr Andrzej Żywociński.

    Ciekłe kryształy po wylaniu na powierzchnię wody mogą tworzyć monowarstwy - uporządkowane warstwy grubości pojedynczej cząsteczki. Z monowarstw mogą również formować się również powłoki złożone z kolejnych warstw.

     

    Jak informują specjaliści z IChF PAN, cząsteczki zachowują się nieco podobnie jak tkanina na stole: podczas ściskania monowarstwy z boków, w pewnym momencie działające siły zaczynają wypychać cząsteczki w górę. Na monowarstwie pojawiają się fałdy, które następnie kładą się na niej. Jeśli ściskanie jest kontynuowane, na wodzie utworzy się uporządkowana struktura z trzech monowarstw.

    "Nam udało się zaobserwować i udokumentować mechanizm znacznie ciekawszy - mówi doktorant Jan Paczesny z IChF PAN. - Okazało się, że dalsze ściskanie trójwarstwy jednego ze związków prowadzi do fałdowania, w którym uczestniczy nie jedna, zewnętrzna monowarstwa, a cała trójwarstwa. Wypychana fałda ma wtedy grubość sześciu warstw i gdy kładzie się na trójwarstwie, nasza cząsteczkowa +tkanina+ staje się świetnie uporządkowaną dziewięciowarstwą".

    Jak wyjaśnia dr inż. Andrzej Żywociński z IChF PAN w Warszawie istnienie pięciowarstw nie było dobrze udokumentowane. "Nam udało się z dużą precyzją potwierdzić ich obecność. Co więcej, zaobserwowaliśmy dziewięciowarstwy, które dotychczas funkcjonowały wyłącznie w charakterze naukowych sugestii" - powiedział dr Żywociński.

    Praktyczne wykorzystanie uporządkowanych wielowarstw jest możliwe po przeniesieniu ich z powierzchni wody na podłoże stałe, np. z krzemu. W tym celu płytkę krzemową wielokrotnie zanurza się w wodzie z wielowarstwą i wynurza.

    "Oznacza to nie tylko możliwość produkowania podłoży nowego typu, ale również dziewięciokrotne skrócenie czasu formowania wielowarstw o dużej grubości, wcześniej wytwarzanych przez mozolne nakładanie nawet kilkudziesięciu monowarstw" - napisano w komunikacie IchF PAN przesłanym PAP.

    Uczeni mają nadzieję, że w przyszłości pochodne obserwowanych przez nich związków znajdą zastosowanie w elektronice organicznej. "Planujemy również wykorzystać tendencję do samoorganizacji tych cząsteczek w celu organizowania innych cząsteczek" - komentuje dr Żywociński.

    W jaki sposób uczeni zbadali monowarstwy? W doświadczeniach przeprowadzanych w IChF PAN na powierzchnię wody wylewa się mikrolitry ciekłych kryształów. Związki i ich ilość są tak dobrane, aby formowały uporządkowaną warstwę grubości jednej cząsteczki. "Ten nowo poznany mechanizm tłumaczy, dlaczego wielowarstwy zwiększają grubość w sekwencji 1-3-5-7 monowarstw" - informują specjaliści z IChF PAN.

    Monowarstwy można ściskać za pomocą przyrządu zwanego wagą Langmuira. Jest to wanienka z dwiema hydrofilowymi barierkami, między którymi unosi się na wodzie monowarstwa badanego związku. Zmniejszając odległość między barierkami można znacząco zwiększyć ciśnienie działające w płaszczyźnie monowarstwy.

    Grupa z IChF PAN zajmowała się też substancjami, w których oddziaływania między cząsteczkami nie były dostatecznie elastyczne. Podczas ściskania takich związków, nad monowarstwę są wypychane nie jej fałdy, a pojedyncze cząsteczki, które po oderwaniu od powierzchni wody łączą się w pary. Jako nielotne, pozostają przy monowarstwie i ze wzrostem ciśnienia porządkują się, formując od razu dwie warstwy na monowarstwie.

    Naukowcy z IChF PAN sądzą, że procesy podobne do obu zaobserwowanych występują też w przypadku innych związków chemicznych o zbliżonej budowie cząsteczkowej. Wyniki ich pracy opublikowano w czasopiśmie "Chemistry - A European Journal".

    PAP - Nauka w Polsce

    ekr/ agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Pojemność monowarstwy to ilość adsorbatu, która zmieści się w obrębie warstwy monomolekularnej (jednocząsteczkowej), czyli monowarstwy w przeliczeniu na jednostkę masy adsorbentu. Najczęściej podawana w mmol/g lub mg/g. Tak określona wielkość pojemności monowarstwy jest zależna od rodzaju adsorbowanych cząsteczek. Wielkością związaną z pojemnością monowarstwy poprzez wielkość adsorbowanej cząsteczki jest powierzchnia właściwa podawana w m/g. Poliwarstwa to inaczej wielowarstwa lub warstwa wielocząsteczkowa, czyli warstwa o grubości większej niż średnica jednej cząsteczki (często warstwa składająca się z kilku ułożonych na sobie monowarstw). Jest to pojęcie pojawiające się m.in. w elektronice (produkcja elementów półprzewodnikowych) i adsorpcji. Pelargonian cholesterylu – organiczny związek chemiczny, ester cholesterolu i kwasu pelargonowego. W warunkach normalnych jest białym, ciekłym kryształem, nierozpuszczalnym w wodzie. Należy do grupy ciekłych kryształów typu cholesterolowego, których cząsteczki mają strukturę spirali. Taka budowa cząsteczki bywa również nazywana również skręconą strukturą nematyczną (chiralny nematyk). Pelargonian cholesterylu topi się w temperaturze 80,5 °C, stan cieczy izotropowej osiągając w temperaturze 90 °C (temperatura klarowania). Po obniżeniu temperatury poniżej temperatury klarowania, wykazuje cechy ciekłego kryształu, przechodząc, w miarę obniżania temperatury przez fazę cholesterolową i smektyczną. Łatwo ulega przechłodzeniu, nawet do temperatury pokojowej. Podczas krystalizacji zarówno do fazy cholesterolowej, jak i do fazy stałej tworzy sferolity.

    Faza smektyczna – rodzina faz ciekłokrystalicznych, których charakterystyczną cechą jest uporządkowanie cząsteczek w warstwach. Ponadto cząsteczki w warstwach są względem siebie uporządkowane, układając się równolegle swoimi dłuższymi osiami. Oś, wzdłuż której następuje uporządkowanie cząsteczek w warstwach, jest nazywana direktorem. Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (w skrócie IChF PAN) instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Warszawie. Obecnie tematyka badań w IChF jest skoncentrowana wokół aktualnych problemów fizykochemii. Jednostka ma prawo do nadawania stopnia naukowego doktora oraz doktora habilitowanego w zakresie chemii.

    Izoterma Everetta czyli równanie izotermy adsorpcji Everetta, opisuje adsorpcję z dwuskładnikowej mieszaniny dwu cieczy na energetycznie jednorodnej (homogenicznej) powierzchni ciała stałego. Model zjawiska będący u podstaw tego równania zawiera założenie, że warstwa adsorpcyjna ma charakter monowarstwy oraz cząsteczki obu cieczy zajmują na powierzchni adsorbentu tyle samo miejsca. Procesowi adsorpcji dowolnej cząsteczki towarzyszy zawsze proces desorpcji innej cząsteczki (tzw. model adsorpcji konkurencyjnej). Równanie Everetta jest analogiem izotermy Langmuira w adsorpcji gazu (dla jednego składnika). Monowarstwa to inaczej warstwa monomolekularna (warstwa jednocząsteczkowa) lub warstwa monoatomowa, – warstwa o grubości odpowiadającej średnicy jednej cząsteczki (lub atomu). Jest to pojęcie pojawiające się m.in. w elektronice (produkcja elementów półprzewodnikowych) i w teorii zjawisk powierzchniowych (np. adsorpcji). Pojęcie jest też używane w biologii na określenie hodowli komórkowej w której komórki nie rosną jedna na drugiej.

    Izoterma BET czyli izoterma Brunauera, Emmetta i Tellera - prosty model adsorpcji wielowarstwowej z fazy gazowej (pary). W modelu zakłada się, że cząsteczki adsorbatu adsorbują się na powierzchni adsorbentu w sposób zlokalizowany (tzn. cząsteczki nie mogą się przemieszczać po powierzchni - patrz izoterma Langmuira) dzięki oddziaływaniom adsorbat-adsorbent. Na zaadsorbowanych cząsteczkach dzięki oddziaływaniom adsorbat-adsorbat (określonym poprzez wielkość ciepła skraplania adsorbatu) mogą się "pionowo" adsorbować kolejne cząsteczki adsorbatu itd. Tak sformułowany model z reguły przewiduje adsorpcję wyższą niż obserwowana doświadczalnie. W ogólnym przypadku otrzymujemy równanie 3-parametrowe (ograniczenie grubości warstwy adsorpcyjnej do n-warstw, np. poprzez ograniczenia wynikające z wielkości porów lub rozmiaru przestrzeni międzyziarnowych). Po upraszczającym założeniu, że ilość warstw adsorpcyjnych może nie być niczym ograniczona, otrzymujemy 2-parametrowe klasyczne równanie BET. Ciało krystaliczne – ciało stałe, w którym cząsteczki (kryształy molekularne), atomy (kryształy kowalencyjne) lub jony (kryształy jonowe) są ułożone w uporządkowany schemat powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. W objętości ciała cząsteczki zajmują ściśle określone miejsca, zwane węzłami sieci krystalicznej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń.

    Dodano: 18.11.2011. 00:25  


    Najnowsze