超吸水布的秘密武器 :分子水牢! Sodium Polyacrylate 聚丙烯酸鈉

對水或液的體處理跟生活一點都分不開,市面上有賣一種超級吸水布, 不管什麼液體只要一碰就會被吸到布裡面去, 同樣的原理也用在尿片跟衛生棉上. 其實主宰這種性能的是一種分子層次的水分子牢籠設計, 同時運用了物理跟化學作用來達成的. 一般對水的吸收有兩種機制, 一種是利用對水親合的化學分子基團, 另一種是利用物理的滲透壓讓水自己跑到高濃度的地方(利用"亂度"(熵)增加). 這影片展示的就是把水加入聚丙烯酸鈉Sodium Polyacrylate 後, 這種高分子把水抓入自己內部的網狀構造後自己膨脹起來的樣子.

上圖聚丙烯酸鈉Sodium Polyacrylate, 可以看到這種高子聚合物加水之後一方面把金屬鹽離子放出, 內部的滲透壓上升,因為高分子鏈上帶有相反電荷, 所以這些金屬離子只能在高分子聚合物內部, 一方面鏈上也有親水的基團. 這樣一來保證水接觸以後, 水就會因為為了增加亂度跟降低化學能, 進入這種網狀高分子的內部. 影片中可以看出吸水後膨脹的體積遠大於水加高分子聚合物的體積, 這說明了本來攤陷的高分子聚合物在加水之後,因為分子鏈有交聯, 內部會自己產生很多立體的結構作為水牢, 所以這種高分子可以吸收數百倍自己體積的水, 也因為這種精巧的設計, 才讓超級吸水材料能被實現.


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自己折起來的薄膜! Plastic sheets perform auto-origami

自我組裝是利用物體間本來就有的作用力來形成特殊的結構. 這種方式常常被當作组裝奈米元件的一種可能的方法. 不過這現象常常只發生在很小的尺度, 巨觀的現象並不常見. 這影片是展示怎麼利用一滴水把一整片薄膜包成像一粒粽子. 研究人員先把薄膜切成三角形之後, 中間滴上一滴有藍色的水, 因為表面張力的關係, 加上水會蒸發, 薄膜會被水慢慢往中間拉. 一拉起來之後, 可就看到這個三角形的薄膜變成像粽子一樣把水包中間. 這種技術是利用表面張力跟蒸發來當作形成結構的驅動力. 同樣的技術也可以用在更小的尺度上, 讓一些結構自己形成喔!

學術文獻
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寫出奈米碳管彈簧! UV-DW (Ultraviolet-Assisted Direct-Write) fabrication of a microspring

之前介紹過複合材料, 利用高分子跟碳纖維來自己動手作成零件. 這次要介紹的是利用CNC機器跟光的幫助, 直接設計出小的奈米碳管高分子複合彈簧. 原理很簡單就是把碳管跟感光高分子的混合物從寫頭擠壓出來, 然後即時用紫外光照射使之硬化(影片中那些管子就是提供UV的光纖）.　 因為碳管有很高的材料強度, 固化之後,　碳管被高分子緊緊結合, 整體的材料強度就會比一般光硬化高分子來的好.　這種技術可以做出很特別形狀的物體,　應該合適用來做一些特別的元件,其實這樣的光固化寫出技術在之前有用再像是做列印浮雕或是簡單的３D列印, 現在因為UV　LED的發展很快, 類似的技術也可以用廉價的方式達成, 不在需要昂貴的水銀燈. 這次用了奈米碳管複合材料應該會讓這種直接寫出光硬化的技術因為材料強度的增加而有更廣泛的用途.

學術文獻
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槐葉萍“超級疏水性”的奧秘 The Salvinia Paradox: Superhydrophobic Surfaces with Hydrophilic Pins for Air Retention Under Water

http://www3.interscience.wiley.com/journal/123393824/abstract

新華網柏林５月４日電（報道員周谷風）德國波恩大學４日發表公報說，德國科研人員發現了人厭槐葉萍“超級疏水性”的奧秘。如果給船體刷上具有類似疏水性的倣生涂層，可大大降低船只行進過程中與水的摩擦，從而節省燃油。

　　人厭槐葉萍是一種浮水性水生植物。這種植物極不易被水沾濕。把它浸入水中，再取出，上面挂的水珠馬上就會全部滴落。更準確地說，它在水下根本就沒有被真正浸濕。在水下時其葉片表層會形成極薄的一層空氣膜，從而避免葉片與水直接接觸。材料學家稱其為“超級疏水性”。

　　波恩大學植物多樣性研究所等機構的研究人員發現，人厭槐葉萍的表面有許多叢生的放射狀微茸毛，而這些茸毛的尖端十分親水。入水後，這種植物能夠將水分子鎖定在茸毛尖端，令尖端到葉面的空氣層得到有效保護。

　　研究人員認為，效倣人厭槐葉萍表面結構制造新型涂層將會有廣闊的應用前景。以船運為例，目前船只的驅動能有一半以上被船體與水的摩擦消耗掉了。如果能通過特殊涂層在船體表面形成空氣膜，船與水摩擦而造成能耗則能降低１０％，因而可以大量節省燃油。此外，這一技術還能用于制造速幹浴衣等方面。

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A double-stranded DNA rotaxane

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這篇文章是介紹怎麼利用DNA來做看起來真的有用的奈米機械, 而不只是折外型而已. 他們提出一個方式可以做出有交錯環的DNA,然後利用AFM跟電泳去檢視結果. 這種設計方式讓DNA奈米機械又更接近'機械'一步了.

http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2010.65.html

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Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities

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這篇文章是討論聚合物的導熱係數跟結構的關係, 發現在奈米纖維的時候有很高的導熱率. 這種性質也許在一些衣服上有機會用到. 或許有機會做很涼快的衣服. 如果人可以控制衣服纖維的形式.
http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n4/full/nnano.2010.27.html

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會走迷宮的液滴! 'Intelligent' droplet

一般以為一定要生物才會有看似智慧的行為, 其實不一定喔! 最近發現越來越多的物理化學行為看起來也很有智慧. 這影片介紹一種會自己走迷宮的液滴. 只要把這種液滴放在迷宮的入口. 他就會自己找到出口. 原理是利用這種液滴在背景的液體裡的時候, 表面的一層鹼性的分子可以跟液體中的酸起反應, 這樣的反應會改變液滴的表面張力, 使得液滴因為表面的表面張力梯度而變形跟使得周圍的液體產生流動, 讓這種液滴自己運動行走起來. 研究人員把酸的來源放在出口, 然後把液滴放在入口, 在這種液滴就會看起來很聰明的根據酸的濃度梯度, 走出迷宮喔!
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學術文獻
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自己折起來的薄膜! Plastic sheets perform auto-origami

自我組裝是利用物體間本來就有的作用力來形成特殊的結構. 這種方式常常被當作组裝奈米元件的一種可能的方法. 不過這現象常常只發生在很小的尺度, 巨觀的現象並不常見. 這影片是展示怎麼利用一滴水把一整片薄膜包成像一粒粽子. 研究人員先把薄膜切成三角形之後, 中間滴上一滴有藍色的水, 因為表面張力的關係, 加上水會蒸發, 薄膜會被水慢慢往中間拉. 一拉起來之後, 可就看到這個三角形的薄膜變成像粽子一樣把水包中間. 這種技術是利用表面張力跟蒸發來當作形成結構的驅動力. 同樣的技術也可以用在更小的尺度上, 讓一些結構自己形成喔!
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學術文獻
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奈米水膠材料 ! Nano-composite Hydrogels

越來越多的複合材料顯現出更好的機械與生物相容性質. 看看這個日本公司推出來的奈米複合水膠. 一般的水膠是類似果凍一樣的東西, 很軟卻沒有韌性. 現在把固體的奈米材料跟高分子混在一起以後, 除了本來高分子之間的作用力之外還多加了奈米粒子跟高分子之間的作用力. 這樣一強一弱的作用力讓這種複合水膠不只軟還很韌! 這樣材料預計有很多醫學上的用途, 像是做培養基或是傷口的覆蓋材料. 希望更多更好的複合材料可以出現來造福人類, 可以參考一下喔!
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液滴DNA晶片! DNA Lab on a Chip

最近的生物晶片除了被動的功能(雜交)以外, 有主動功能設計的越來越多了. 看看這款Duke設計的液滴晶片. 利用控制晶片表面電壓驅動液滴的分離聚合跟運動. 看展示是利用Luciferase 去偵測經過 s 位置後的四種液體依照DNA互補程度的不同所造成的差異, 用發光的程度來替DNA定序. 似乎可以全自動定序..可惜影片沒有更多的細節了. 用這種方式來搬運混合液體做實驗看起來很炫!
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磁珠墨水 變色! Magic ink takes on any colour

一般知道的顏色是利用光的吸收或是反射, 現在南韓開發出了一種新的可變顏色墨水. 這種墨水是把磁性奈米粒子加入樹酯中, 利用外加磁場後在墨水中的奈米子粒子會照磁場排列, 而不同強度的磁場會讓奈米粒子的間距有所差異. 這些有規則排列的小磁性奈米粒子就相當於光子晶體, 不同的間距的晶格會反射不同波長的光而有不同顏色. 這種新的動態產生顏色的方式應該會有商業上的應用的, 或許不久就看到了喔!

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不准靠近電極!! 利用表面張力控制的電池

經由電壓控制表面張力, 想自放電都沒辦法 !
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