Instytut Chemii Fizycznej

   Polskiej Akademii Nauk

 

adres:       ul. Kasprzaka 44/52 

                01-224 Warszawa

 

tel.:          +48 22 3432000

fax/tel.:     +48 22 3433333, 6325276

 

email:        ichf@ichf.edu.pl

WWW:      http://www.ichf.edu.pl/

 

 

 

 

Warszawa, 13 lipca 2011

 

 

 

 

 

 

Separacja tysiąc razy szybciej

 

 

            Wiele procesów przemysłowych wymaga stosowania mieszanin. W Instytucie

            Chemii Fizycznej PAN zbadano, w jaki sposób zewnętrzne pole elektryczne wpływa

            na tempo separacji składników w mieszaninach złożonych z polimerów i ciekłych

            kryształów oraz z samych polimerów różnych typów. Zebrane obserwacje otwierają

            ciekawe możliwości m.in. przy tworzeniu nowych materiałów kompozytowych.

 

 

Niejednorodne mieszaniny polimerów z innymi polimerami lub ciekłymi kryształami są często używane w przemyśle - w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych, przepływowych czujnikach gazów, pamięciach optycznych i innych urządzeniach. Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie przeanalizowali zachowanie mieszanin tego typu poddanych działaniu zewnętrznego, zmiennego pola elektrycznego. "Udało się nam precyzyjnie określić warunki sprzyjające nawet tysiąckrotnemu przyspieszeniu procesu separacji składników badanych mieszanin", mówi prof. dr hab. Robert Hołyst.

 

Składniki wielu mieszanin z czasem samoistnie się rozdzielają, przy czym tempo tego procesu jest zwykle bardzo wolne. Od dawna znany jest fakt, że separację można przyspieszyć, gdy niejednorodną ciecz umieści się w zewnętrznym, zmiennym polu elektrycznym o odpowiednio dobranej częstotliwości. Uważa się, że za przyspieszenie separacji składników są wówczas odpowiedzialne jony, będące naturalnym składnikiem tego typu mieszanin.

 

W Instytucie Chemii Fizycznej PAN badano mieszaniny polimeru z innym polimerem lub ciekłym kryształem. W obecności zmiennego pola elektrycznego o natężeniu kilku milionów woltów na metr jony w składniku charakteryzującym się wyższym przewodnictwem zaczynały swobodnie przemieszczać się ku elektrodzie o przeciwnym ładunku. Dochodziły jednak do granicy fazy, gdzie po drugiej stronie znajdował się materiał nieprzewodzący, w którym raptownie zwalniały. "W tych warunkach na granicy faz pojawia się dodatkowa siła. Gdy pole elektryczne zmienia się z odpowiednią częstotliwością, jony zaczynają szarpać granicą. To szarpanie sprzyja znacznie wydajniejszemu niż normalnie łączeniu się poszczególnych kropel danego składnika, a więc prowadzi do szybszej separacji obu faz", mówi doktorantka Natalia Ziębacz z IChF PAN.

 

Efektywność procesu separacji składników badanych mieszanin silnie zależała od częstotliwości przyłożonego pola elektrycznego. Przeprowadzone w IChF PAN pomiary optyczne wykazały, że w optymalnych warunkach, przy częstotliwościach do kiloherców, separacja zachodziła nawet tysiąc razy szybciej. Zbyt niskie lub zbyt wysokie częstotliwości pola elektrycznego nie wywoływały znaczących ruchów jonów i separacja zachodziła w normalnym, wolnym tempie. Mechanizm fizyczny zjawiska sugeruje, że podobnego efektu można się spodziewać we wszystkich mieszaninach zanieczyszczonych jonami i zawierających składniki różniące się przewodnictwem elektrycznym.

 

Kontrolowanie tempa procesu separacji w tak dużym przedziale czasowym, obejmującym aż trzy rzędy wielkości, otwiera drogę do interesujących zastosowań. Samą reakcję separacji można przeprowadzać bardzo szybko, po czym praktycznie zatrzymać w precyzyjnie wybranym stadium. Otrzymaną w ten sposób strukturę mieszaniny można następnie utrwalić, na przykład za pomocą zmian temperatury. Zgłoszona do opatentowania metoda kontrolowania separacji mieszanin polimerów i ciekłych kryształów za pomocą pola elektrycznego okazuje się więc świetną drogą do tworzenia nowych materiałów.

 

Opisane badania zostały sfinansowane z grantów Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego, programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej oraz European Science Foundation.

 

Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (http://www.ichf.edu.pl/) został powołany w 1955 roku jako jeden z pierwszych instytutów chemicznych PAN. Profil naukowy Instytutu jest silnie powiązany z najnowszymi światowymi kierunkami rozwoju chemii fizycznej i fizyki chemicznej. Badania naukowe są prowadzone w 9 zakładach naukowych. Działający w ramach Instytutu Zakład Doświadczalny CHEMIPAN wdraża, produkuje i komercjalizuje specjalistyczne związki chemiczne do zastosowań m.in. w rolnictwie

i farmacji. Instytut publikuje około 200 oryginalnych prac badawczych rocznie.

 

 

 

KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:

 

                prof. dr hab. Robert Hołyst

                Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

                tel. +48 22 3433123

                email: holyst@ichf.edu.pl

 

                mgr Natalia Ziębacz

                Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk

                tel. +48 22 3433408

                email: nziebacz@ichf.edu.pl

 

 

 

POWIĄZANE STRONY WWW:

 

                http://www.ichf.edu.pl/

                Strona Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.

 

                http://www.ichf.edu.pl/press/

                Serwis prasowy Instytutu Chemii Fizycznej PAN.

 

 

 

MATERIAŁY GRAFICZNE:

 

IChF110713b_fot01s.jpg                                    HR: http://ichf.edu.pl/press/2011/07/IChF110713b_fot01.jpg

Separację składników w niejednorodnych mieszaninach można przyspieszyć nawet tysiąckrotnie za pomocą zmiennego pola elektrycznego o odpowiedniej częstotliwości. Efekt prezentuje doktorantka Natalia Ziębacz z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. (Źródło: IChF PAN/Grzegorz Krzyżewski)

 

 

 

PRACE NAUKOWE:

 

Thousand-Fold Acceleration of Phase Decomposition in Polymer/Liquid Crystal Blends; Natalia Ziębacz, Stefan A. Wieczorek, Tomasz Szymborski, Piotr Garstecki, Robert Hołyst; ChemPhysChem 2009, 10, 2620 - 2622; DOI: 10.1002/cphc.200900505