Separacja tysiąc razy szybciej
Wiele procesów przemysłowych wymaga stosowania mieszanin. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN zbadano, w jaki sposób zewnętrzne pole elektryczne wpływa na tempo separacji składników w mieszaninach złożonych z polimerów i ciekłychkryształów oraz z samych polimerów różnych typów. Zebrane obserwacje otwierająciekawe możliwości m.in. przy tworzeniu nowych materiałów kompozytowych.
Niejednorodne mieszaniny polimerów z innymi polimerami lub ciekłymi kryształami są częstoużywane w przemyśle – w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych, przepływowych czujnikach gazów,pamięciach optycznych i innych urządzeniach. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PolskiejAkademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie przeanalizowali zachowanie mieszanin tego typupoddanych działaniu zewnętrznego, zmiennego pola elektrycznego.
„Udało się nam precyzyjnieokreślić warunki sprzyjające nawet tysiąckrotnemu przyspieszeniu procesu separacji składników badanych mieszanin”, mówi prof. dr hab. Robert Hołyst. Składniki wielu mieszanin z czasem samoistnie się rozdzielają, przy czym tempo tego procesu jestzwykle bardzo wolne. Od dawna znany jest fakt, że separację można przyspieszyć, gdyniejednorodną ciecz umieści się w zewnętrznym, zmiennym polu elektrycznym o odpowiedniodobranej częstotliwości.
Uważa się, że za przyspieszenie separacji składników są wówczas odpowiedzialne jony, będące naturalnym składnikiem tego typu mieszanin. W Instytucie Chemii Fizycznej PAN badano mieszaniny polimeru z innym polimerem lub ciekłymkryształem. W obecności zmiennego pola elektrycznego o natężeniu kilku milionów woltów na metrjony w składniku charakteryzującym się wyższym przewodnictwem zaczynały swobodnieprzemieszczać się ku elektrodzie o przeciwnym ładunku. Dochodziły jednak do granicy fazy, gdziepo drugiej stronie znajdował się materiał nieprzewodzący, w którym raptownie zwalniały. „W tychwarunkach na granicy faz pojawia się dodatkowa siła. Gdy pole elektryczne zmienia się zodpowiednią częstotliwością, jony zaczynają szarpać granicą. To szarpanie sprzyja znaczniewydajniejszemu niż normalnie łączeniu się poszczególnych kropel danego składnika, a więcprowadzi do szybszej separacji obu faz”, mówi doktorantka Natalia Ziębacz z IChF PAN.
Efektywność procesu separacji składników badanych mieszanin silnie zależała od częstotliwościprzyłożonego pola elektrycznego. Przeprowadzone w IChF PAN pomiary optyczne wykazały, że woptymalnych warunkach, przy częstotliwościach do kiloherców, separacja zachodziła nawet tysiącrazy szybciej. Zbyt niskie lub zbyt wysokie częstotliwości pola elektrycznego nie wywoływałyznaczących ruchów jonów i separacja zachodziła w normalnym, wolnym tempie. Mechanizmfizyczny zjawiska sugeruje, że podobnego efektu można się spodziewać we wszystkich mieszaninach zanieczyszczonych jonami i zawierających składniki różniące się przewodnictwem elektrycznym.
Kontrolowanie tempa procesu separacji w tak dużym przedziale czasowym, obejmującym aż trzyrzędy wielkości, otwiera drogę do interesujących zastosowań. Samą reakcję separacji możnaprzeprowadzać bardzo szybko, po czym praktycznie zatrzymać w precyzyjnie wybranym stadium. Otrzymaną w ten sposób strukturę mieszaniny można następnie utrwalić, na przykład za pomocązmian temperatury. Zgłoszona do opatentowania metoda kontrolowania separacji mieszaninpolimerów i ciekłych kryształów za pomocą pola elektrycznego okazuje się więc świetną drogą dotworzenia nowych materiałów. Opisane badania zostały sfinansowane z grantów Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz European Science Foundation.
Zaloguj się Logowanie