Кремний помог соединить разные мягкие полимеры
Ученые разработали новый метод соединения эластомеров и гидрогелей, который можно применять вместе с различными методами производства, к примеру, в 3D-печати. Исследователи предложили при полимеризации внедрять в структуру каждого вещества специальные добавки, которые соединяются между собой не сразу, а через некоторое время, которое можно регулировать сразу несколькими способами, сообщается в журнале Nature Communications.
Ученые, разрабатывающие мягкие электронные медицинские устройства, нередко применяют в них материалы разных типов, которые несут в конструкции разные функции. К примеру, нередко они объединяют в таких устройствах не проводящие ток прочные эластичные полимеры и электропроводные гидрогели. Существуют разные методы соединения этих типов материалов, но большинство из них имеет серьезные недостатки, к примеру, они требуют определенной последовательности этапов постройки, из-за чего для создания таких изделий подходят далеко не все методы производства.
Исследователи под руководством Чжигана Со (Zhigang Suo) из Гарвардского университета разработали новый способ соединять гидрофобные эластомеры и гидрогели, который подходит для разных методов производства и последовательностей присоединения. Для этого ученые предложили добавлять в прекурсоры гидрогеля и эластомера силаны (соединения кремния и водорода), которые служат соединительными агентами. Во время полимеризации прекурсоров эти соединения встраиваются в полимерные цепочки эластомера и гидрогеля.
Силановые фрагменты соединяются между собой не во время затвердевания полимера и гидрогеля, а после этого. Изначально на концах силановых групп присоединены органические группы. Во время соединения эластомера с гидрогелем вода из него замещает органические группы на водород и, таким образом, создает силанольные группы, которые соединяются между собой и скрепляют два разных полимера. Особенность предложенной методики заключается в том, что кинетика соединения силанольных групп зависит от pH, температуры, а также присутствия в исходном материале для создания гидрогеля поверхностно активных веществ. Изменяя эти параметры можно регулировать и соединение двух материалов.
Ученые показали несколько вариантов применения методики. К примеру, помимо обычного соединения они продемонстрировали создание морщинистой поверхности. Для этого перед присоединением они предварительно растянули гидрогель и только после этого присоединили его к эластомеру. После этого гидрогель вернул свою форму и заставил поверхность полученного материала периодически изгибаться.
В прошлом году ученые создали структурно-окрашенный гидрогель с обратимыми связями. За счет этого такой материал можно разрезать на две части и и совместить обратно, после чего часть связей в материале восстановится и два фрагмента склеятся в единое целое.
Григорий Копиев
Это первый легкий металл, в котором его удалось обнаружить
Физики впервые зафиксировали орбитальный эффект Холла в легком металле. Для этого они измерили угол изменения направления света при прохождении через титан, который использовали в качестве образца из-за высокой проводимости. Открытие поможет уточнить механизм поведения металлов в магнитном поле, сообщают ученые в Nature. Если проводник с током находится во внешнем магнитном поле, то кроме классического эффекта Холла (возникновение разности потенциалов при протекании тока, перпендикулярного полю) в нем можно увидеть еще две разновидности этого явления: спиновый и орбитальный эффекты Холла. В первом случае из-за разницы в электронной проводимости электронов образуется поток спина: электроны с антипараллельными спинами отклоняются к противоположным сторонам проводника. А во втором — поток орбитального момента: он возникает благодаря действию на электроны силы Лоренца и направлен перпендикулярно току. Ранее считалось, что именно спиновый эффект преобладает в твердых телах с ненулевым значением спин-орбитального взаимодействия. При этом орбитальный эффект не требует спин-орбитального взаимодействия и потому более распространен: для легких металлов (металлы с небольшой плотностью, например алюминий, олово, титан и другие) орбитальная холловская даже превышает спиновую. Однако орбитальный эффект влияет на магнитные свойства металла только косвенно, причем изменения эти настолько малы, что зафиксировать их не удается. Чтобы преодолеть эти ограничения и разглядеть орбитальный эффект Холла в легком металле, физики из Южной Кореи под руководством Хён У Ли (Hyun-Woo Lee) предложили измерять его косвенно — по углу керровского поворота, который характеризует угол наклона плоскости поляризации света при прохождении через материал. Орбитальные токи Холла меняют показатель преломления материала, и, следовательно, угол керровского поворота. В качестве объекта исследования был выбран легкий металл титан — благодаря большой орбитальной кривизне Берри у него текстурированная структура поверхностей Ферми, что, согласно расчетам, должно приводить к очень высокой орбитальной холловской проводимости. С помощью оптической спектроскопии ученым удалось уловить эти изменения — на основании данных спектроскопии они построили график зависимости угла керровского поворота от плотности тока в титане. Зависимость оказалось линейной: чем больше модуль плотности тока, тем больше изменение угла, что подтвердило наличие орбитального эффекта Холла. Его величину ученые определяли по значению эффективной орбитальной холловской проводимости. Оно составило 130h/e обратных ом, это почти в 30 раз меньше расчетной. Причины несоответствия установить не удалось, но ученые собираются провести дополнительные исследования. Несмотря на расхождение с теорией, полученные результаты не только подтвердили наличие орбитального эффекта, но и показали, что именно из-за него в легких металлах возникает и спиновый эффект Холла. То есть чтобы предсказать поведение металлов в магнитном поле, учитывать этот эффект обязательно. У эффекта Холла существует несколько различных механизмов, и каждый из них тщательно исследуется учеными. Например, физики уже изучили, как вакуумные флуктуации нарушили механизм квантового эффекта Холла и придали ультрахолодным атомам дробное квантовое состояние Холла.