211service.com
Lage farger med magneter
Et materiale utviklet av forskere ved University of California, Riverside, kan anta hvilken som helst farge på regnbuen, ganske enkelt ved at forskerne endrer avstanden mellom materialet og en magnet. Den kan brukes i sensorer eller, innkapslet i mikrokapsler, i overskrivbare plakater eller andre store fargeskjermer.
Regnbue rust: En løsning av nanoskopiske jernoksidpartikler endrer farge når en magnet kommer nærmere, noe som får partiklene til å omorganisere. Fargen endres fra rød til blå når magnetfeltets styrke øker.
Forskerne laget materialet ved hjelp av en høytemperaturmetode for å syntetisere nanoskala, krystallinske partikler av magnetitt, en form for jernoksid. Hver partikkel ble laget rundt 10 nanometer i diameter fordi, ettersom de blir mye større enn dette, blir magnetittpartikler permanente magneter, og derfor vil de klynge seg sammen og falle ut av løsningen. Partiklene på 10 nanometer grupperer seg sammen for å danne sfæriske klynger med jevn størrelse, hver rundt 120 nanometer på tvers; i tester har disse klyngene holdt seg suspendert i løsning i flere måneder.
Ved å belegge disse klyngene med et elektrisk ladet overflateaktivt middel, får forskerne klyngene til å frastøte hverandre. Når forskere bruker en magnet for å motvirke de frastøtende kreftene, omorganiseres klyngene og beveger seg nærmere hverandre, og endrer fargen på lyset de reflekterer. Jo sterkere magnetfeltet er, desto nærmere partiklene, med fargen som endrer seg fra den røde enden av spekteret mot den blå, motsatte enden, når magneten kommer nærmere materialet. Ved å flytte magneten bort kan den elektrostatiske ladningen tvinge partiklene fra hverandre igjen, og returnere systemet til sin opprinnelige tilstand.
Det fine med dette systemet er at det er så enkelt, sier Orlin Velev , en professor i kjemi og biomolekylær ingeniør ved North Carolina State University. Den kan brukes over store områder fordi den er veldig billig og veldig enkel å lage. Arbeidet er publisert i den tidlige nettutgaven av tidsskriftet anvendt kjemi .
Multimedia
Video av løsningen som endrer farge.
En rekke andre forskere har utviklet fargeendrende materialer, hvorav noen også styres med magnetiske krefter; andre bruker elektriske eller mekaniske krefter. Riverside-forskerne, ledet av Yadong Yin , en professor i kjemi, er imidlertid i stand til å pakke langt mer magnetisk materiale per sfærisk byggestein som tidligere var mulig. Sanford Asher , en professor i kjemi og materialvitenskap ved University of Pittsburgh som har kapslet inn magnetittpartikler i polymerkuler, sier at den nye tilnærmingen øker mengden magnetisk materiale med fem ganger.
Som et resultat kan de nye materialene justeres til et større antall farger enn tidligere laget materialer. Faktisk sier Velev i North Carolina State, som jobber med materialer som endrer farge som svar på elektroniske signaler, at han ikke kjenner til noe annet materiale som er i stand til å ta på seg et så bredt spekter av farger.
Riverside-forskerne fant at behandling av materialene ved høye temperaturer sørget for at 10-nanometer-partiklene ble dannet med en krystallinsk atomstruktur. Det førte også til at partiklene grupperte seg for å danne klynger av samme størrelse. Derimot resulterer mer vanlig syntese ved romtemperatur i partikler som danner uregelmessige agglomerasjoner. Ensartetheten til klyngene og krystalliniteten til partiklene ser ut til å forbedre den magnetiske responsen til materialene, sier Yin, selv om han og kollegene fortsatt ser på de underliggende mekanismene som er involvert.
Materialene kan bytte farger med en hastighet på to ganger i sekundet, noe som fortsatt er for tregt for bruk i TV-er og dataskjermer. Yin håper å øke byttehastigheten enda mer ved å bruke mindre mengder materiale, kanskje i mikroskopiske kapsler. Slike små mengder vil gjøre det lettere å presentere et ensartet magnetfelt for hele prøven, noe som potensielt kan hjelpe til med omorganiseringen av klyngene. Slike mikrokapsler kan også arrangeres for å danne piksler i en skjerm, slik det nå gjøres med E-Ink, en type elektronisk papir som brukes i enkelte elektroniske boklesere og mobiltelefoner. (Se God lesning.)
Men selv med høyere hastigheter, forventer ikke Yin at materialene skal erstatte dagens dataskjermteknologi. Snarere har han sikte på større applikasjoner som vil dra nytte av de lave materialene. Eksempler kan inkludere plakater som kan skrives om, men som ikke trenger å endres like raskt som visninger av video.
En betydelig ulempe med dagens materialer er at de trenger en konstant strømforsyning for å bevare magnetfeltet og holde mikrokapslene i en bestemt farge. Yins neste trinn er å utvikle en versjon av materialene som forblir stabile etter at fargen deres er endret – det vil si til de byttes til en ny farge. Hvis dette er mulig, kan en plakat skrives ut med noe sånt som lese-skrivehodet på en harddisk, sier Yin. Det vil bevare bildet til det er skrevet om med en annen pass av skrivehodet, uten strøm i mellom.
På dette stadiet er det gøy å leke med, sier Velev. Kanskje på senere stadier kan den brukes til et eller annet dekorativt formål, for eksempel maling som endrer farge, eller noen nye typer etiketter eller utstillingstavler. Akkurat nå er det et vakkert stykke forskning.