Капли воды из крана подсказали идею производства сферических частиц

Источник: mit.edu

Исследователи Массачусетского технологического института и Университета Центральной Флориды (UCF, США) представили новый универсальный метод изготовления сферических частиц из различных материалов. Технология позволяет создавать весьма сложные структуры и гарантирует полное единообразие частиц. Кроме того, она подходит для широкого диапазона размеров (от 20 нм до 2 мм) и массового производства. Такие частицы могут быть использованы в самых различных областях - от фармацевтики до электроники и обработки материалов. В основе разработки — явление, известное как неустойчивость Рэлея. Расплавленное волокно в естественном состоянии имеет тенденцию распадаться на отдельные шарики. Нечто подобное можно наблюдать, когда водопроводный кран неплотно закрыт: из него вытекают одинаковые капельки.

Новый проект является продолжением работы команды профессора MIT Йоэля Финка по изготовлению длинных и тонких волокон, состоящих из нескольких материалов. Бывший постдок Финка, а ныне доцент UCF Айман Абоурадди, также занимался этим вопросом. Один из его студентов, Джошуа Кауфман, в процессе экспериментов потерпел неудачу — его волокно распалось на отдельные капли. В итоге ошибка стала толчком для нового открытия, а Кауфман стал ведущим автором статьи. Процесс изготовления частиц начинается с создания большой цилиндрической заготовки из полимера, содержащей внутри цилиндрическое полупроводниковое ядро. «Начинка» представляет собой точную расширенную модель окончательной структуры частиц. Вся заготовка нагревается до тех пор, пока она не станет достаточно мягкой, чтобы ее можно было вытянуть в тонкое, как леска, волокно. Внутренняя структура, размягчаясь, сохраняет исходную конфигурацию.

Дальнейший нагрев превращает полупроводниковое ядро в жидкость, образующую дискретные сферические капли внутри полимерной оболочки. Остается «заморозить» эти капли. В то время, когда волокно затвердевает, оболочка фиксирует капли на месте. Это устраняет еще одну традиционную проблему производства наночастиц — ведь они обычно склонны к слипанию. В конце производства полимерная оболочка удаляется при помощи растворителя — «нитка жемчуга» распадается на отдельные «бусины». Как отмечает профессор Финк, возможность использовать и контролировать мимолетную нестабильность жидкости внутри слоя имеет серьезные перспективы для развития многих отраслей. В настоящее время ученые продемонстрировали производство частиц в виде 6-сегментного «надувного мяча». В будущем возможно изготовление более сложных структур из разнообразных материалов. Любые соединения, которые могут быть заключены внутри волокна, в принципе, можно превратить в небольшие частицы.