Yerinde Foto-reoloji, Işığa Duyarlı Polimer Ağlarındaki Viskoelastik Değişiklikleri İzler

İnsan sağlığı ve gezegen sağlığı için malzemeleri geliştirmek için polimerler tasarlıyoruz. Moleküler tasarımın mekanik mukavemet, uyaranlara duyarlı davranış ve geri dönüştürülebilirlik gibi malzeme özelliklerini nasıl etkilediğini araştırıyoruz.

Polimer mühendisliğinde malzemenin mukavemetini ve dayanıklılığını anlamak için mekanik testler kullanılır. Mekanik testleri kimyasal veya optik ölçümlerle entegre etmek, bu özelliklerin altında yatan moleküler özellikleri incelememize olanak tanır.

Foto-reolojiyi kullanmak isteyen araştırmacılar için giriş engelini azaltmayı umuyoruz. Cihazımızı nasıl tasarladığımızı ve başkalarının kendi sistemlerini nasıl tasarlayabileceklerini açıklıyoruz.

Enstitü foto-reolojisi, fotostimülasyon sırasında bir malzemenin mekanik tepkisini ölçer. Bu yaklaşım, malzemeleri oluştukça veya ışığa tepki olarak değiştikçe izlememizi sağlar.

Çalışmalarımız, mekanik özelliklerinin ayarlanmasıyla ilgili yeni soruları davet eden ışığa duyarlı polimer ağlarının tasarımına ışık tutuyor. Örneğin, geri dönüştürülebilir ağları nasıl formüle edebiliriz?

[Eğitmen] Başlamak için, üst Peltier plakasını ve geometrisini reometreye takın. Ardından, foto-reoloji ölçümleri sırasında numunelerin eşit şekilde ışınlanmasını sağlamak için alt optik plakayı takın. Plakadan ışık geçişine izin vermek için ilgilenilen dalga boylarına şeffaf bir optik plaka kullanın. Alt optik plakayı silerek temizleyin ve kurulayın. Ardından ışık kaynağını şeffaf plakanın altında ortalayın ve direkler, tutucular veya diğer uygun destekleri kullanarak sabitleyin. Şimdi, sensör ışık kaynağına doğru aşağı bakacak şekilde şeffaf plakanın üzerine bir optik güç ölçere bağlı bir fotodiyot güç sensörü yerleştirin. Gerekirse, ışığa maruz kalmamak için önlemler alın. Ardından ışığı açın ve güç ölçeri kullanarak ışık yoğunluğunu ölçün. Gerekirse, ışık kaynağı sürücüsünü kullanarak ışık yoğunluğunu ayarlayın. Gelecekteki deneyler için tekrarlanabilir yerleştirmeye izin vermek için ışık kaynağı desteğinin konumlarını işaretleyin. Bir silindirin hacmi formülünü kullanarak gerekli numune hacmini tahmin edin ve eksik doldurmayı önlemek için biraz daha fazla dağıtın. Sudaki mililitre PEG-antrasen başına 100 miligram gibi düşük viskoziteli bir sıvı numune için, optik plakanın ortasına 75 mikrolitre pipet sıkın. Ardından, geometri numuneyle temas edene kadar reometre kafasını indirin, ardından kabarcık oluşmasını önlemek için duraklayın. Kabarcık oluşumunu kontrol etmek için numuneyi optik plakadan görüntüleyin. Kabarcıklar görünüyorsa, plakalar arasındaki bağlantıyı kesmek için geometriyi yükseltin, ardından teması yeniden kurmak için geometriyi yavaşça döndürün ve tekrar indirin. Ardından, son deneysel boşluk yüksekliğine ulaşana kadar geometriyi kademeli olarak indirin. Şimdi sıvı numuneyi homojenleştirmek için geometriyi yavaşça döndürün. Kısa zaman dilimlerinde buharlaşmayı önlemek için, tüy bırakmayan mendilleri suya batırın ve numunenin etrafında yüksek nemli bir ortam oluşturmak için numunenin yakınına yerleştirin. Daha uzun ölçümler için, numuneyi ortam ortamından izole etmek için mineral yağ gibi kabul edilebilir bir tabaka ile kapatın. Numuneyi ortam ışığından ve sıcaklık değişikliklerinden korumak için üst Peltier plaka kılıfını kapatın. Ardından, zararlı başıboş ışınlamadan korunmak için gerektiğinde UV engelleyici tabakalar gibi ek koruma ekleyin. Dinamik deneyler için uygun bir gerinim belirlemek için, doğrusal viskoelastik bölgeyi tanımlamak için numune üzerinde ön gerinim-genlik taramaları gerçekleştirin. UVA kaynaklı ağ oluşumundan önce ve sonra saniyede 10 radyanlık sabit bir frekansta gerilimi %1'den %1000'e süpürün. Ağ oluşumundan önce ve sonra doğrusal viskoelastisite sağlamak için bu numune için %10'luk bir gerinim kullanın. Numune sıcaklığını 22 santigrat dereceye ayarlayın. Numuneyi 10 saniye önceden kesin, ardından 60 saniye daha dengelenmesine izin verin. Işınlamadan önce saniyede 100 radyan ile saniyede 0,1 radyan arasında değişen bir frekans taraması gerçekleştirin. Numunenin başlangıçtaki fiziksel durumunu doğrulamak için tarama sonuçlarını kullanın. Işığa maruz kalmadan önceki ve sonraki tampon periyotlar da dahil olmak üzere ışınlama sürecini kapsayacak şekilde bir salınım süresi taraması ayarlayın. UVA ışınlamasından önce 60 saniye boyunca ölçüm yapın. Işınlama sırasında bir saat devam edin ve ışınlamadan sonra 10 saniye ölçün. Tarama boyunca saniyede 10 radyan frekansı ve %10 gerinim genliği kullanın. Enerji girişine rağmen ışınlama sırasında numune sıcaklığının sabit olduğunu doğrulayın. Son olarak, ışınlama sonrası viskoelastik özellikleri ilk ölçümlerle karşılaştırmak için öncekiyle aynı frekans aralığını kullanarak ışınlamadan sonra ikinci bir frekans taraması gerçekleştirin. Işınlamadan önce, genlik taraması, geniş bir doğrusal viskoelastik bölgeye işaret eden %1 ila %1000 aralığının tamamında gerinimden bağımsız bir bölge ortaya çıkardı. Bir saatlik ışınlamadan sonra, lineer viskoelastik bölge sadece %100 gerinimine kadar uzandı ve bunun ötesinde bir akma olayı meydana geldi. Işınlamadan önce, frekans taraması, viskoelastik bir sıvı ile tutarlı hafif bir frekans bağımlılığı gösterdi. Bir saatlik ışınlamadan sonra modüller, elastik modülün viskoz modülleri aşmasıyla frekansa minimum düzeyde bağımlılık gösterdi ve malzemenin katı benzeri davranışını doğruladı. Polimer konsantrasyonunun mililitre başına 20 miligramdan 100 miligrama çıkarılması, elastik ve viskoz modüller arasında daha önceki bir geçişin gösterdiği gibi, daha hızlı çapraz bağlanmaya yol açtı. Bu değişiklik aynı zamanda elastik modülün daha yüksek plato değerleri ile yansıtılan daha sert ağlarla sonuçlandı.