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.


分享到Facebook 分享到plurk

點燃奈米熱劑! Nanothermite combustion

奈米材料的很多不同物理性質都被注意到了, 不過除了物理性質以外, 奈米結構也可以幫助控制化學反應. 一般所謂的熱劑(thermite) 是把還原性高的金屬,例如鋁, 跟氧化劑混在一起, 當燃燒的時候就會放出大量的熱, 可以用來作為煙火的材料或是軍事用途. 奈米技術成熟之後, 裡面的顆粒也都奈米化來增加反應速率, 讓反應可以更快進行,也就是所謂的奈米熱劑(Nanothermite). 但是這樣一來也讓這樣的材料變的很不穩定, 容易被外力震動點燃, 增加危險. 這影片是研究奈米熱劑的燃燒影片, 大約直徑4mm的小片奈米熱劑錠被7W的二氧化碳雷射點燃的樣子. 用1000FPS 快速攝影機拍的. 特別的是這種材料中的氧化劑是被裝在奈米碳管類的容器裡. 所以可以增加平常時候的穩定性. 讓這類的熱劑更安全一點.
學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

表面處理與濺水花 ! Nano-coating makes for an awesome splash

一般處理大的物體的在水面下的流體力學問題的時候, 都是假設不滑動的邊界條件, 也因為這樣親水跟疏水性的表面其實差異不大. 因為實際量到的邊界滑動層都是在奈米等級, 對巨觀物體的流體效應幾乎沒有影響. 但是, 在其他方面可不一定是這樣! 這兩個影片展示出當掉下的玻璃球進入水面的時候, 不同的表面處理會有多大的差異. 第一個影片的玻璃球經過清洗後有乾淨表面, 在入水的時後非常平順, 只激起小水花. 第二個影片的玻璃球有做表面疏水處理, 在入水的時候就濺起了大水花. 雖然是一樣外型的物體卻有著截然不同的反應. 這樣的表面知識會對設計一些液氣介面運行元件, 或是泳衣設計上提供更正確的設計方向.



相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

梯度離心分離奈米石墨烯結構! Monodisperse Graphene Dispersions

奈米材料的功能取決於大小結構跟外型, 不管是表面電漿或是載子的能帶的疊合控制都很依賴特定結構. 於是如何製作或是分離出單一大小的奈米材料在實用上扮演著重要的腳色. 石墨烯已經被證明擁有很多優異的性質適合於電子產品的使用, 像是之前介紹過的觸控液晶螢幕. 但是10層以下的石墨烯, 由於不同厚度層數而有不同的能帶結構導致不同的電子性質. 這影片介紹的研究者利用生物學上分離生物分子的方式, 利用密度梯度離心 density gradient ultracentrifugation 來分離不同厚度的石墨烯. 比較於傳統用的重力離心, 密度梯度離心能分離不同密度的結構, 也就是不同層數的石墨烯可以被分離開來. 可以達到85%的純度. 像這樣利用已有技術在不同的領域常常能加速很多研究的進行.

學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

多孔性金屬射出成型!Porous Metal

不同的材料有不同的特性,像是塑膠輕便容易製造, 金屬沉重, 但是強度跟導熱都很好. 其實除了材料本身的特性以外, 很多的材料的巨觀特性其實是來自於微觀的構造. 這影片介紹一種金屬的成型方式, 可以製造出各種形狀的多孔性金屬. 原理很簡單, 把金屬粉末跟一些接著材料混合的物質射出到要成型的模具上, 然後引發一些化學反產生微觀孔狀結構, 最後再高溫燒結, 把那些額外的接著劑跟化學反應物都排除. 這樣多孔性的金屬元件就做好了. 這種材料一方面有接近金屬的強度跟導熱性質, 一方便又比較輕. 更重要的是這些多孔性金屬可以容納其他的材料, 像是可以做香水的容器, 或是化學反應的表面, 其實有很多可以利用的特性. 或許漸漸這類的材料會越來越多喔!


分享到Facebook 分享到plurk

幫奈米溶液做透析! Green Nanotechnology

奈米材料漸漸的普及到各個領域, 尤其是奈米粒子, 不管適用於醫學的細胞標定還是用在材料上增加特定功能. 但是在製作的過程中, 常常會需要很多的有機溶劑來做反應或是回收純化產品. 這影片介紹一個比較綠色有效序的方式來完成這任務-利用血液透析的半透性膜來做奈米材料的回收純化. 透析機制是利用有選擇性的半透膜, 然後施壓讓不同大小的分子分離在膜的兩端. 這種方式用在醫藥上是可以幫助清除血液裡的代謝廢物或是毒物, 影片介紹的科學家想到同樣的技術可以用在分離純化奈米粒子. 因為這種分離方式跟膜的構造一直用在醫學, 都已經是成熟的技術, 所以利用這種技術只要很少量的溶劑就可以達到本來需要大量溶劑的效果. 希望這種技術有助於讓奈米粒子生產的過程更環保些!


分享到Facebook 分享到plurk

德國研究非晶體金屬材料取得進展

http://www.nature.com/nmat/journal/v9/n6/abs/nmat2767.html
http://big5.xinhuanet.com/gate/big5/news.xinhuanet.com/world/2010-06/16/c_12226233.htm

新華網柏林６月１５日電（報道員周谷風）德國萊布尼茨固態與材料研究所１５日發表公報說，該所研究人員成功改造了一種非晶體金屬材料，使其既保持了原本的優點，又具有較強的可延展性。

金屬通常是晶體。如果使金屬熔體在瞬間冷凝，使金屬原子來不及排列整齊就被“凍結”，就能產生具有玻璃性質的非晶體金屬，俗稱“金屬玻璃”。這種材料具有玻璃耐銹、耐腐蝕的特點，強度可與陶瓷媲美，其較輕的質量更令其在航空等領域具有優勢。但是金屬玻璃較脆，無法承受拉伸負荷。

研究人員以銅鋯合金作為研究對象。這種合金具有特殊的“記憶”特性，即在外力下產生形變後，在特定溫度下又會恢復到原來形狀。研究人員對非晶體銅鋯合金進行改造，使其更堅固、可塑性更強。

這一成果發表在最新一期《自然‧材料學》雜志上。

分享到Facebook 分享到plurk

DNA機器人 奈米機械蜘蛛

http://www.nature.com/nature/journal/v465/n7295/full/nature09012.html

【明報專訊】英國《自然》雜誌周三報道，科學家首次利用DNA分子，製造出一個只有4納米長的分子機械人，它會像蜘蛛一樣爬行，科學家希望這一進展，有助組建納米機械人（nanobot）大軍，幫助人類疏通血管和修補受損的身體組織。

僅 4納米長 可移動曉轉彎

納米機械人只有4納米長，即10億分之4米。負責這一研究的哥倫比亞大學研究員諾維奇（Milan Stojanovic）形容，納米機器人形狀像「四腳蜘蛛」，它的「軀體」是一種稱為「鏈霉親和素」（streptavidin）的蛋白質分子，4條「腿」則是DNA的組成部分。它可自動沿着一個DNA軌道爬行，可左右轉動。

科學家以往也曾製造類似的「DNA步行者」，但多數只能走幾步，今次這個納米機械人卻走了大約100納米，即大概50步才癱瘓不動。研究員下一步目標是令其走得更快且更易受控制。他們相信，這種機械人可用於縫合細胞表面、在細胞膜行走，把藥物運送到指定位置。

　法新社巴黎12日電：科學家今天宣布，他們已研製出一種由去氧核糖核酸（DNA）製作的分子機器，它像是終生會循著由DNA製成的軌道行走的蜘蛛。

　這份刊載在英國期刊「自然」（Nature）的成就，是奈米級實驗的新進展，未來有天可能讓機器人軍隊清潔動脈、修復受損組織。

　這個機器直徑只有4奈米，也就是40億分之一米。

　領導此實驗的紐約哥倫比亞大學的斯多加諾維克（Milan Stojanovic），把這個奈米機器比作「4腳蜘蛛」。機器會沿著由連結在一起的DNA股製成的軌道移動，這個DNA股基本上是一個預設的方向，與工業機器人沿著裝配線移動是一樣的方式。此軌道是利用DNA基本特性之一的雙螺旋分子製成，DNA是由4個以梯級配對的化學物質所組成。藉由解開DNA，一個化學物質會脫離另一邊的DNA股，而接著可與其他相配的梯級配對。換句話說，這個軌道有點像是齒輪發條機械中的齒輪。輪牙可提供嚙合處，帶動齒輪。利用這些軌道中次序相對應的DNA股，機器會被以生化方式導引至下一片相配的DNA股，並且可以行走、左轉或右轉。
Facebook 討論串

分享到Facebook 分享到plurk

細胞的平行介電泳! Playing pong with cells

介電泳,dielectrophoresis, 是一種利用電場梯度對小粒子操作的技術, 現在這技術更上一層樓了! 利用可光控制開關的表面電極陣列, 只要簡單的打上光,控制明暗就可以控制局部的的電場梯度. 利用這樣的技術, 不僅可以大規模平行的操作細胞, 對細胞本身也不會造成傷害喔! 看看影片中展示出的驚人可能性吧!
Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk

Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities

Facebook討論串
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

分享到Facebook 分享到plurk

Direct seawater desalination by ion concentration polarization

這篇文章是討論一種小的海水淡化裝置, 可以利用 ion concentration polarization, 就是電流通過有離子選擇性的膜來達到分離鹽類的效果. 因為裝置小, 又可能可以達到經濟效率, 所有有機會在一些沒法設置大的海水淡化工廠的地方來使用.
http://www.nature.com/nnano/journal/v5/n4/abs/nnano.2010.34.html

分享到Facebook 分享到plurk

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 !
Facebook專屬討論分享串
相關學術文獻
分享到Facebook 分享到plurk