Renkli mikro boncuklardan oluşan yeni mürekkep, ışıkla çalışan ayırma sayesinde alınan ışığın görünümüne uyum sağlar. Kredi: Hong Kong Üniversitesi
Kafadanbacaklıların (kafalarına dokunaçları olan hayvanlar) derisi, vahşi doğada olağanüstü bir kamuflaj kapasitesi sergiler. Derileri, çevresel ışık ayarlarındaki değişiklikleri algılayabilen ve pigment hücreleri yoluyla görsel yönlerini değiştirebilen pigment kümelerinden oluşur. Karmaşıklığına rağmen, bu renk değiştirme kapasitesi temel olarak pigment parçacıklarının radyal kasların direktifi altında manipüle edildiği (katlanmış veya açılmış) mekanik bir mekanizmaya dayanır.
Bu olağanüstü doğal fenomen, Dr. Jinyao Tang ve Hong Kong Üniversitesi (HKU) Kimya Bölümünden araştırma ekibi. Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve Xiamen Üniversitesi’nden bilim adamlarıyla işbirliği yaparak, ışık kontrollü çok boyutlu faz ayrımını kolaylaştıran yenilikçi, dalga boyu seçici akıllı kolloid sistemi geliştirdiler.
Ekip, dinamik fotokromik oluşturur cam göbeği, macenta ve sarı mikroboncukları karıştırarak makro ölçekte fotokromizm elde ederek nanokümeler. Bu makroskobik fotokromizm, aktif mikroboncuk karışımında ışık kaynaklı dikey faz katmanlaşmasına dayanır ve olay spektrumuna karşılık gelen renkli mikroboncukların zenginleşmesiyle sonuçlanır.
Mevcut renk değiştiren malzemelerin aksine, bu yeni fotokromik koloidal sürü, yerinde yeni kromoforlar oluşturmak yerine mevcut pigmentleri yeniden düzenlemek ve bu nedenle daha güvenilir ve programlanabilir. Bulguları, aktif madde alanında büyük bir atılımı temsil eden elektronik mürekkep, ekranlar ve aktif optik kamuflaj gibi uygulamalar için basit bir yöntem sağlar. Araştırma sonucu yakın zamanda prestijli akademik dergi Nature’da yayınlandı.
Üç boyutlu faz ayrımı ve fotokromik koloidal sürü. a, Farklı aydınlatma spektrumlarının belirgin dikey tabakalaşma ile sonuçlandığı üçlü koloidal sistemdeki spektral duyarlı katmanlı ayrışmanın gösterimi. b, Kırmızı, yeşil ve mavi ışık aydınlatmasından sonra konfokal mikroskopla görüntülendiği şekliyle üçlü koloidal parçacıkların 3B dağılımı. SQ2, LEG4 ve L0 duyarlılaştırılmış TiO2 kolloidleri sırasıyla cam göbeği, macenta ve sarı olarak temsil edilir. Ölçek çubuğu: 50 mm. c, Modifiye edilmiş projektör, tasarlanmış renkli görüntüleri yansıtmak için kullanılır. d, 2 dakika maruz kaldıktan sonra fotokromik mürekkebin yüzeyinde altı renkli blok ortaya çıktı. İç metin: öngörülen model. Ölçek çubuğu: 2 mm. e, Üniversite logosu 2 dakika maruz kaldıktan sonra fotokromik mürekkebin yüzeyinde belirdi. Ölçek çubuğu: 2 mm. f, Fotokromik mürekkebin 2 dakikalık pozlama ile farklı renkli resimlerle sıralı desenlenmesi. İç metin: orijinal öngörülen desenler. Ölçek çubuğu: 2 mm. Kredi: Hong Kong Üniversitesi
Kendiliğinden harekete geçen aktif parçacıklar, sıvıdaki mikroorganizmaların yönlü yüzmesini taklit eden mikro/nano parçacıklardır. Son zamanlarda, nanobilim ve dengesizlik fiziğinde büyük ilgi gördüler ve potansiyel biyomedikal uygulamalar için geliştiriliyorlar. Aktif parçacıkların ana araştırma hedeflerinden biri, ilaç dağıtımı ve non-invaziv cerrahi için bu parçacıklara dayalı tıbbi mikro/nanorobotlar geliştirmektir. Bununla birlikte, aktif parçacıkların yapısı çok basittir ve tahrik mekanizmaları ile ortam algısı önemli ölçüde sınırlıdır.
Özellikle, bireysel mikro/nano aktif parçacıkların boyutu ve nispeten basit yapısı, uygulamanın karmaşıklığını sınırlar. vücutlarında işlev görürler. Gelecekteki uygulamayı gerçekleştirmenin zorluğu ve anahtarı, basit yapılarına rağmen akıllı özelliklere sahip aktif parçacıkların nasıl yapılacağıdır.
Kendini harekete geçiren aktif parçacıkların bir türü olan ışıkla çalışan mikro yüzücüler, yakın zamanda bu amaç için geliştirilmiştir. yüzücü aktivitesi, hizalama yönü ve parçacıklar arası etkileşim, gelen ışıkla kolayca modüle edilebildiğinden, biyomedikal uygulama ve işlevsel yeni malzemeler için potansiyel sunan kontrol edilebilir nanorobot oluşturma. Öte yandan, ışık yalnızca mikro yüzücülerde ışığa duyarlı hareketi tetiklemekle kalmaz, aynı zamanda parçacıklar arasındaki etkili etkileşimi de değiştirir.
Örneğin, fotokatalitik reaksiyonlar yerel kimyasal gradyan alanını değiştirebilir ve bu da komşu parçacıkların hareket yörüngesini etkiler. parçacıklar, difüzyon yüzme etkisi yoluyla, uzun menzilli çekim veya itme ile sonuçlanır.
Bu çalışmada, Tang’ın ekibi, ışıkla çalışan mikro yüzücüler üzerinde önceki araştırmalarına dayalı olarak, basit bir dalga boyu seçici TiO2 aktif mikro boncuk sistemi tasarladı. Işıkla uyarılmanın ardından, TiO2 parçacıkları üzerindeki redoks reaksiyonu, etkili parçacık-parçacık etkileşimini ayarlayan bir kimyasal gradyan oluşturur.
Yani, parçacık-parçacık etkileşimi, farklı dalga boyları ve yoğunluklardaki gelen ışığı birleştirerek kontrol edilebilir. Farklı spektral özelliklere sahip boya duyarlılaştırma kodları seçilerek farklı ışığa duyarlı aktivitelere sahip TiO2 mikroboncukları oluşturulabilir. Farklı absorpsiyon spektrumlarına sahip boyalarla yüklenmiş, normalde aynı olan birkaç TiO2 mikroboncuk türünü karıştırarak ve gelen ışık spektrumunu ayarlayarak, isteğe bağlı parçacık ayrımı gerçekleştirilir.
Parçacık fazı ayrımını gerçekleştirmenin amacı, parçacık kümelenmesini kontrol etmektir. ve hem mikro hem de makro seviyelerde sıvı içinde dispersiyon. Etkili bir şekilde, bu, elektronik kağıda uygulanabilecek farklı foto-hassasiyete sahip mikro boncukları karıştırarak yeni bir ışığa duyarlı mürekkeple sonuçlandı. İlke, çevrenin ışık durumunu algılayabilen ve karşılık gelen eylemleriyle çevredeki pigment hücrelerinin görünümünü değiştirebilen kafadanbacaklıların derisindeki pigment kümelerine benzer.
‘Araştırma bulguları, ilerlemeye önemli ölçüde katkıda bulundu. yapay aktif malzemelerdeki sürü zekası bilgimiz ve yenilikçi aktif akıllı malzemeler tasarlamanın yolunu açtık. Dr Jinyao Tang, bu atılımla e-mürekkep, ekran mürekkebi ve hatta aktif optik kamuflaj mürekkebi gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilecek programlanabilir fotokromik mürekkebin geliştirilmesini öngörüyoruz” dedi.
Referans: ” Dalga boyu seçici koloidal faz segregasyonundan fotokromizm”, Jing Zheng, Jingyuan Chen, Yakang Jin, Yan Wen, Yijiang Mu, Changjin Wu, Yufeng Wang, Penger Tong, Zhigang Li, Xu Hou ve Jinyao Tang, 17 Mayıs 2023, Nature.{ 10} DOI: 10.1038/s41586-023-05873-4