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軟質材料動態特性的新應用

2017-07-05 13:15:26 作者：本網整理來源：材料科技在線分享至：

美國科學家已經發明了一種追蹤和控制動態分子振動的新方法，這種方法可以傳遞熱量、聲音和其他形式的能量。通過控制這些軟質材料（如聚合物和液晶化合物）中的振動波，可以使他們更廣泛的使用，并促進新型能源應用的發展，包括熱學和聲學絕緣子，以及將廢熱轉化為電能或光轉化為機械運動。

這個團隊的工作發表在Nano Letters[Bolmatov et al. Nano Lett. （2017） DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b01324]上。他們使用了一種新型非彈性X射線散射（IXS）光束線來評估液晶化合物在三個不同階段以上的振動傳播。隨著溫度的升高，納米結構發生了變化，而且液晶也變得不那么有序，并發現有顯著影響作用的振動波的流動。這意味著選擇或改變“相位”——分子的排列——將改變材料的動態特性，從而也使能量的振動和流動得到控制。

Dima Bolmatov說：“光束線的技術特性使我們能夠精確的定位振動，并在不同尺度不同方向上追蹤他們的傳播–甚至在缺乏有序固體結構的材料中同樣適用。”

樣品被X射線轟擊，以測量它們釋放或獲得的能量，以及它們散射樣品的角度。這就得到了一些分子在波形振動中所需的能量，而散射角則探測了樣品內部不同長度尺度上傳播的振動。就像首席作者Dima Bolmatov所說的：“光束線的技術特性使我們能夠精確的定位振動，并在不同尺度不同方向上追蹤他們的傳播–甚至在缺乏有序固體結構的材料中同樣適用。”

在三種不同的溫度下進行了測量，材料的有序性發生了變化，晶相開始轉變為非高度有序的“近晶”狀態，最后轉變為一種“各向同性”液體。人們已經證明得到：振動波通過最有序的相位進行傳播，以及無序的出現使得低能量“剪切聲波”的振動消失，這與垂直于傳播方向的分子的壓縮有關。

這項研究使得聲、光結合機械振動應用于新的聲子或光學成為可能，因此，控制材料基于外部光線和聲音的應用可以實現。該小組將繼續研究軟物質的動態特性，特別在于其中含有的許多有趣分子結構，以及未經勘探的的納米級行為，如嵌段共聚物、納米顆粒組裝體、脂膜和其他液晶。

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責任編輯：殷鵬飛

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