Geïnspireerd door de buitengewone eigenschappen van ijsberenbont, lotusbladeren en gekkovoeten, technische onderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om arrays van nanovezels te maken die ons kleverige coatings kunnen opleveren, afstotend, isolerend of lichtgevend, onder andere mogelijkheden.

"Dit staat zo ver af van alles wat ik ooit heb gezien dat ik dacht dat het onmogelijk was, " zei Joerg Lahann, een professor in chemische technologie aan de Universiteit van Michigan en senior auteur van de studie in het tijdschrift Wetenschap .

Onderzoekers van U-M en de Universiteit van Wisconsin deden de enigszins toevallige ontdekking, die een nieuwe en krachtige methode onthulde voor het maken van arrays van vezels die honderden keren dunner zijn dan een mensenhaar.

IJsbeerharen zijn gestructureerd om licht binnen te laten terwijl de warmte niet ontsnapt. Waterafstotende lotusbladeren zijn bedekt met reeksen microscopisch kleine wasachtige buisjes. En de haren op nanoschaal op de onderkant van zwaartekracht tartende gekkopoten komen zo dicht bij andere oppervlakken dat atomaire aantrekkingskrachten in het spel komen. Onderzoekers die deze superkrachten en meer willen nabootsen, hadden een manier nodig om de minuscule arrays te creëren die het werk doen.

"Fundamenteel, dit is een heel andere manier om nanovezelarrays te maken, ' zei Lahan.

De onderzoekers hebben aangetoond dat hun nanovezels water afstoten zoals lotusbladeren. Ze groeiden rechte en gebogen vezels en testten hoe ze aan elkaar plakten als klittenband - en ontdekten dat met de klok mee en tegen de klok in gedraaide vezels strakker aan elkaar werden gebreid dan twee reeksen rechte vezels.

Ze experimenteerden ook met optische eigenschappen, het maken van een materiaal dat gloeide. Ze geloven dat het mogelijk zal zijn om een ​​structuur te maken die werkt als ijsberenbont, met individuele vezels die zijn gestructureerd om licht te kanaliseren.

Maar moleculaire tapijten waren niet het oorspronkelijke plan. Lahanns groep werkte samen met die van Nicholas Abbott, destijds hoogleraar chemische technologie aan UW-Madison, om dunne films van kettingachtige moleculen aan te brengen, polymeren genoemd, bovenop vloeibare kristallen. Vloeibare kristallen zijn vooral bekend om hun gebruik in beeldschermen zoals televisies en computerschermen. Ze probeerden sensoren te maken die afzonderlijke moleculen konden detecteren.

Lahann bracht de expertise in het produceren van dunne films, terwijl Abbott het ontwerp en de productie van de vloeibare kristallen leidde. In typische experimenten, De groep van Lahann verdampt enkele schakels in de ketting en laat ze condenseren op oppervlakken. Maar de dunne polymeerfilms kwamen soms niet uit zoals verwacht.

"De ontdekking versterkt mijn visie dat de beste vooruitgang in wetenschap en techniek plaatsvindt wanneer dingen niet gaan zoals gepland, "Zei Abbott. "Je moet gewoon alert zijn en mislukte experimenten als kansen zien."

In plaats van de bovenkant van het vloeibare kristal te coaten, de schakels gleed in de vloeistof en met elkaar verbonden op de glasplaat. Het vloeibare kristal leidde vervolgens de vormen van de nanovezels die vanaf de bodem opgroeiden, tapijten op nanoschaal maken.

"Een vloeibaar kristal is een relatief ongeordende vloeistof, toch kan het de vorming van nanovezels modelleren met opmerkelijk goed gedefinieerde lengtes en diameters, ' zei Abbott.

En ze maakten niet alleen rechte lokken. Afhankelijk van het vloeibare kristal, ze kunnen gebogen vezels genereren, zoals microscopisch kleine bananen of trappen.

"We hebben veel controle over de chemie, het type vezels, de architectuur van de vezels en hoe we ze deponeren, " Zei Lahann. "Dit voegt echt veel complexiteit toe aan de manier waarop we nu oppervlakken kunnen ontwerpen; niet alleen met dunne tweedimensionale films, maar in drie dimensies."

De studie is getiteld "Sjabloon van nanovezelsynthese via chemische damppolymerisatie in vloeibaar-kristallijne films."