Построены управляемые светом мембраны

Физики впервые создали мембраны, проницаемость которых для газов может радикально меняться в зависимости от облучения ультрафиолетовым или фиолетовым светом. Новинку придумали умельцы из лаборатории лазерной энергетики университета Рочестера (Laboratory for Laser Energetics).

Один из авторов изобретения Эрик Гловацки (Eric Glowacki) попал на обложку 122-го номера журнала LLE Review, в котором опубликована (PDF-документ) статья об открытии (фото LLE Review).

Исследователи взяли мембраны из жёсткого пластика, пронизанные регулярными микропорами, полученными при нейтронном облучении. Далее физики составили смесь из жидких кристаллов и светочувствительного красителя, молекулы которого обратимо меняют форму при облучении светом с длиной волны 365 и 420 нанометров. Пластинку погрузили в раствор, и он проник в поры. Раскрутка образца в центрифуге позволила убрать излишки смеси.

Полученная мембрана (на фото под заголовком она в руке учёного) обрела любопытное свойство: когда фиолетовый свет освещает её поверхность, молекулы красителя выпрямляются, жидкие кристаллы выстраиваются в линии, позволяя газу легко проходить через отверстия. Но если на пластину направлен ультрафиолетовый свет, молекулы красителя изгибаются, а жидкие кристаллы теряют упорядоченность, надёжно блокируя микропоры.

Снимок под микроскопом в поляризованном свете проявляет различную ориентацию жидких кристаллов в порах, диаметр которых составляет порядка 10 микрометров (фото LLE Review).

Такие мембраны могут работать как газовые переключатели, причём с рядом преимуществ. Свет может быть послан на расстоянии, что упрощает систему. В отличие от управления на основе электричества поджечь проходящий газ, если тот горюч, cвет не может.

Время полного переключения (несколько секунд) у новинки намного меньше, чем в сходных системах, управляемых нагревом и охлаждением. А ещё количество энергии, затрачиваемой на облучение, — очень мало.

Учёные составили два рецепта смесей для заполнения пор. Они отличаются составом и тонкостями в отклике на свет, но общий принцип их работы идентичен (иллюстрации LLE Review).

Своё изобретение учёные из Рочестера презентовали на конференции международного общества оптики и фотоники SPIE Optics + Photonics, открывшейся вчера в Сан-Диего. Управляемая мембрана пригодится в химической и фармацевтической промышленности, а также — в лабораторных экспериментах.