Noc Badacza
Zakład III, Instytut Chemii
Fizycznej PAN
Zespół: prof. dr. hab. Robert Hołyst
dr Piotr Garstecki, dr inż.
Krzysztof Grzybowski, mgr Tomasz Kalwarczyk,
mgr Patrycja
Milczarczyk-Piwowarczyk, mgr Ewelina Niemiec,
dr Maciej Paszewski, dr ADam Samborski,
mgr inż. Tomasz Szymborski,
dr inż. Stefan Wieczorek, mgr
Natalia Ziębacz, dr inż. Andrzej Żywociński
1. Ciekłokrystaliczne kwiaty. Ciekłe kryształy to materiały o silnie
anizotropowych (np. 'pałeczkowatych') cząsteczkach, które układają się w uporządkowane
fazy (np. wszystkie cząsteczki w jednym kierunku). Takie 'ukierunkowane' stany
materii silnie oddziaływują ze światłem (promieniowaniem elektromagnetycznym).
Mimo uporządkowania, materiały te pozostają ciekłe i stąd możliwość
przełączania ich i zastosowania w wyświetlaczach. W prezentowanym doświadczeniu
obserwujemy cienki film ciekłego kryształu (o grubości kilkuset nanometrów,
czyli około jednej tysięcznej milimetra) poddany działaniu zmiennego pola
elektrycznego. Zmiany kierunku przyłożonego pola elektrycznego pozwalają – na
ułamek sekundy – obserwować makroskopowe wzory na powierzchni filmu – wzory
przypominające kwiaty.
W doświadczeniu tym badamy znoszenie ekranowania ładunków
elektrostatycznych za pomocą przyłożonego impulsu elektrycznego.
Zobacz również:
http://www.ichf.edu.pl/pgarstecki/research-lcef.htm
a) Przykład porządkowania się cząsteczek ciekłego kryształu, b) schemat
obrazujący działanie wyświetlacza ciekłokrystalicznego, c) monitor
ciekłokrystaliczny, d) zdjęcia ciekłokrystalicznych kwiatów.
Tytuł prezentacji w języku angielskim: Liquid-Crystalline Flowers. Study of macroscopic patterns in a free-standing liquid crystalline film of a microscopic thickness.
2. Kropelki w układach mikroprzepływowych. W ciągu ostatnich kilkunastu lat naukowcy
opracowali metody kontroli przepływu cieczy w miniaturowych kanalikach. Sieci
rurek o grubości ludzkiego włosa drukuje się dziś w podobny sposób, jak elektroniczne
układy scalone. Przepływy w mikroskali zdominowane są przez efekty lepkościowe,
związane z “tarciem” wewnątrz płynu. Kiedy lepkość dominuje ciecze płyną
laminarnie, a układy mikroprzepływowe pozwalają na tworzenie emulsji (bąbelków
i kropelek) z nieosiągalną wcześniej precyzją. Pokażemy doświadczenie, w którym
w układzie mikro-kanałów tworzone będą kropelki wody. Uczestnicy będą mogli
zmieniać ciśnienia przyłożone do płynów wpływających do układu, zmieniać
wielkość kropelek i obserwować ich ruch w sieci mikrokanałów.
Badania nad tworzeniem i przepływem kropli w mikrokanałach mają na celu
opracowanie układów, w których każda kropla jest miniaturową probówką, w której
zachodzą reakcje chemiczne.
Zobacz również:
http://www.ichf.edu.pl/pgarstecki
http://www.ichf.edu.pl/pgarstecki/research-drops.htm
http://www.ichf.edu.pl/pgarstecki/research-nets.htm
Bąbelki tworzone w układzie Schemat układu do prowadzenia reakcji
chemicznych
mikroprzepływowym wewnątrz mikro-kropelek
Tytuł prezentacj w języku angielskim: Droplets in microfluidics. Study of formation and flow of droplets in microfluidic systems.
3. Separacja faz w mieszaninie ciekły kryształ + polimer. W skład materiałów o unikalnych własnościach optycznych, elektrycznych czy mechanicznych często wchodzą ciekłe kryształy i polimery. Przykładem takich materiałów są wyświetlacze ciekłokrystaliczne, samoorganizujące się wielkocząsteczkowe struktury w materiałach stosowanych w elektronice czy matryce do tworzenia kropelek kwantowych. Własności ich wynikają ze specyficznej budowy cząsteczek ciekłego kryształu, która umożliwia powstanie uporządkowania orientacyjnego, nawet przy braku uporządkowania translacyjnego. Często materiały te powstają w fazie ciekłej w wyniku separacji faz. Powstający w ten sposób pewien stan niejednorodny (korzystny z punktu widzenia konkretnych zastosowań) schładzamy poniżej temperatury zeszklenia otrzymując plastik. Morfologia (wielkość i kształt powstających domen) jak i anizotropia powstającego układu heterogenicznego powstającego w trakcie procesu separacji faz ma istotny wpływ na własności fizyczne. Własności te zależą od kinetyki i dynamiki procesów separacja/ mieszanie.
Pokażemy doświadczenia, w których użyjemy dwóch różnych technik pomiarowych: a) bezpośredniej obserwacji procesu separacji/mieszania pod mikroskopem polaryzacyjnym i b) rozpraszanie światła laserowego na cienkich filmach. W obu technikach pomiarowych pokażemy sposób badania kinetyki separacji faz w trakcie rozpadu spinodalnego układu złożonego z polimeru (polistyren) i ciekłego kryształu (8CB, 4-cjano-4’-n-oktyl-dwufenyl). Pokażemy również tekstury tworzone przez czysty ciekły kryształ (8CB) w fazie nematycznej i fazie smektycznej.
a) Aparatura do bezpośredniej obserwacji b) Aparatura do badania
statycznego rozpraszani procesu separacji/
mieszania w cienkich filmach światła laserowego na cienkich filmach
Zobacz także: http://www.ichf.edu.pl/wieczor/8cba_wieczor.html
Tytuł prezentacji w języku angielskim: Phase
separation in liquid crystal and polymer system.
4. Wpływ polimeru na tworzenie się uporządkowanych
struktur w wodnych roztworach surfaktantów. Cząsteczki amfifilowe
posiadające polarną „głowę” i niepolarny „ogon” w roztworach (na ogół wodnych)
tworzą agregaty, z których następnie mogą powstawać uporządkowane struktury w
skali nano- lub mikrometrów - liotropowe ciekłe kryształy. Uporządkowane
struktury w zależności od stężenia i temperatury mogą tworzyć micele, lub
fazy: heksagonalną, kubiczną lub lamelarną (Rys. 2). Zmiana temperatury
i/lub stężenia prowadzi do przejść fazowych, których wynikiem jest zmiana
struktury, a zatem i zmiana własności. Powstające struktury charakteryzują się
różnym stopniem anizotropii i różną symetrią, co przekłada się na stabilność
uporządkowanych faz. Inną drogą powstawania materiałów o określonych
własnościach (strukturach), jest mieszanie różnych składników (np. surfaktanty
z polimerami) w celu uzyskania własności pośrednich między użytymi
substancjami, lub w celu uzyskania innych struktur. Przedstawione własności
pokazują, jak wielkie znaczenie z punktu widzenia zastosowań ma badanie przejść
fazowych i związku między samoorganizacją a równowagami fazowymi. Pokażemy na przykładzie układu trójskładnikowego,
złożonego z surfaktantu niejonowego (C12E6), polimeru
(glikolu polietylenowego) i wody jak zachodzi proces wymuszania tworzenia się faz
uporządkowanych.
a) b)
Rys. 2 Diagram fazowy C12E6 + H2O, a) micele układające się w fazę heksagonalną,
b) faza heksagonalna obserwowana przez nas pod mikroskopem polaryzacyjnym w
układzie C12E6 + woda + glikol polietylenowy
Tytuł prezentacji w języku
angielskim: Ordering in
surfactant mixtures induced by polumers.
5.
Warstwy o grubości jednej cząsteczki. Jeszcze niedawno nie było możliwe obserwowanie
pojedynczych cząsteczek czy atomów. Obecnie, nowoczesne techniki mikroskopowe
pozwalają już zobrazować strukturę materii na poziomie cząsteczkowym, ale w tym
celu oglądana powierzchnia musi być idealnie uporządkowana i stanowić idealna
płaszczyznę. Jedna z technik pozwalających na przygotowanie takiej idealnej
struktury jest technika Langmuira-Blodgett. Służący do realizacji tej techniki
przyrząd - waga Langmuira - został w najprostszej wersji skonstruowany ponad
100 lat temu. W przygotowanym eksperymencie pokażemy nowoczesną wagę Langmuira
i za jej pomocą pokażemy jak oddziałują niewidoczne cząsteczki ułożone w
warstwę o grubości pojedynczej cząsteczki. Pokażemy też jak można stwierdzić
obecność tak cienkiej warstwy na powierzchni bez konieczności używania bardzo
skomplikowanych technik.
Tytuł prezentacji w języku angielskim: Molecular
layers.
6.
Synteza nanocząstek i ich charakterystyka w mikroskopie fluoroscencyjnym.