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:

www.ichf.edu.pl/pgarstecki

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.