“可编程”纳米晶体凝胶将推动能源、国防和通信领域的进步

2022-02-23 10:15:42  信息编号：K212430  浏览次数：63

在得克萨斯大学奥斯汀分校的一个团队创造了一种新型的“纳米晶凝胶”——一种由微小的纳米晶体组成的凝胶，每一个都比人类头发的宽度小10000倍，这些纳米微粒被连接成一个有组织的网络。

该团队发现的关键在于，这种新材料很容易调节。也就是说，它可以通过改变温度在两种不同的状态之间切换。这意味着这种材料可以作为滤光片，吸收不同频率的光，这取决于它是否处于凝胶状态。例如，它可以用于建筑物外部，以动态控制加热或冷却。这种滤光片也可用于防御，尤其是热伪装。

这种凝胶可以为这些广泛的应用定制，因为纳米晶体和将它们连接到网络中的分子连接器都是设计组件。纳米晶体可以进行化学调整，以便通过光纤网络进行通信路由，或者在遥远的行星体上保持航天器的温度稳定。链接器的设计可以使凝胶根据环境温度或环境毒素的检测进行切换。

科克雷尔工程学院麦凯塔化学工程系教授兼主任迪莉娅·米利隆说：“通过改变物体皮肤的红外特性，可以改变物体表面的热特征，它还可以用于所有使用红外波长的电信。”

这项新研究发表在最近一期的《科学进步》杂志上。

该小组由研究生Jiho Kang和Stephanie Valenzuela领导，通过大学的材料力学和控制中心，一个国家科学基金会材料研究科学与工程中心，汇集了来自校园的工程师和科学家合作进行材料科学研究。

通过实验室实验，该团队可以看到材料在两种状态之间来回变化，即凝胶和非凝胶（即悬浮在液体中的自由漂浮纳米晶体），这两种状态是由特定的温度变化触发的。

在UT德克萨斯州高级计算中心进行的超级计算机模拟帮助他们了解了加热时凝胶在微观水平上发生的情况。基于化学和物理理论，模拟揭示了将纳米晶体连接在一起形成网络的化学键的类型，以及这些键在受热时如何断裂，从而导致凝胶分解。

这是该团队创造的第二种独特的纳米晶凝胶，他们继续在这一领域追求进步。Kang目前正在努力制造一种可以在四种状态之间变化的纳米晶凝胶，使其更加通用和有用。这种凝胶将由两种不同类型的纳米晶体混合而成，每种纳米晶体都能够根据化学信号或温度变化在状态之间切换。这种可调纳米晶体凝胶被称为“可编程”材料。