Maye kristal elastomer (liquid crystal elastomer, LCE), maye kristalların molekulyar nizamını çarpaz bağlı elastomer şəbəkəsinin mexaniki elastikliyi ilə birləşdirən stimula həssas polimer materialdır. Bu tədqiqatda Shuhua Li, Yan Lin, Yanping Deng və Jiawen Chen LCE-nin ultrabənövşəyi işıq altında yaratdığı fototermal isinməni silikon yağı ilə yağlanmış, aşağı sürtünməli polidimetilsiloksan (PDMS) səthi ilə birləşdirərək su damcılarını təmassız şəkildə müəyyən istiqamətdə hərəkət etdirə bilən kompozit səth hazırlamışlar. Təcrübələrdə 5 µL deionlaşdırılmış su damcısının bir tərəfi 365 nm dalğa uzunluğunda və 250 mW/cm² intensivlikdə UV işığı ilə lokal şəkildə şüalandırılmışdır. Kompozit səthdə damcı təxminən 34 saniyədə 16 mm irəliləmiş və orta hesabla 0.47 mm/s sürət göstərmişdir. UV işığı söndürüldükdə hərəkət dayanmışdır.

Sistem iki funksional təbəqənin birlikdə işləməsinə əsaslanır. Altdakı çarpaz bağlı LCE təbəqəsi UV işığını lokal temperatur artımına çevirən fototermal komponentdir. Üstdəki silikon yağı ilə yağlanmış PDMS təbəqəsi isə damcının səth üzərindəki mexaniki müqavimətini çox aşağı səviyyəyə endirir. Təkcə LCE-nin isinməsi kifayət etməmiş; yalnız aşağı sürtünməli PDMS-silikon yağı səthi də UV altında damcını hərəkət etdirməmişdir. İstiqamətli daşınma LCE-nin yaratdığı temperatur qradiyenti ilə yağlanmış PDMS səthinin aşağı sürtünməsinin eyni vaxtda mövcud olması sayəsində əldə edilmişdir.

Lokal UV şüalanması damcının şüalanan tərəfindəki LCE-ni qızdırmış, bu temperatur fərqi səth və interfeys gərilmələrini dəyişdirərək damcının iki tərəfindəki təmas bucaqlarını qeyri-bərabər etmişdir. Mənbə tədqiqatda bu mexanizm Young tənliyi, islanma qradiyentindən yaranan Young qüvvəsi və temperatur mənşəli səth gərilməsi qradiyentindən yaranan Marangoni qüvvəsi ilə izah edilmişdir. Damcının istiqamətli hərəkəti Young və Marangoni qüvvələrinin cəminin səth müqavimətini aşması ilə əlaqələndirilmişdir.

Tədqiqat həmçinin iki ədəd 5 µL damcının UV işığı ilə bir-birinə doğru daşınaraq birləşdirilə bildiyini göstərmişdir. Yaranan 10 µL damcı UV altında 25 saniyədə 7 mm irəliləmiş və təxminən 0.28 mm/s sürət göstərmişdir. Bununla belə, tədqiqat laboratoriya miqyaslıdır. Dərman və ya hüceyrə daşınması, duman yığımı, özünü təmizləmə və ya buzlanmanın qarşısının alınması kimi tətbiqlər birbaşa sınaqdan keçirilməmişdir; bunlar tədqiqatçıların gələcək tətbiq imkanları arasında qiymətləndirdiyi sahələrdir.

Tədqiqatın əsas problemi

Mikro və kiçik həcmli maye damcılarının idarə olunan şəkildə hərəkət etdirilməsi mikrofluidik sistemlər, kimyəvi analiz, material sintezi və damcı əsaslı daşıma tətbiqləri baxımından mühüm problemdir. Damcılar kiçik və müstəqil həcmlər yaratdıqları üçün reaksiya mühiti və ya daşıyıcı kimi istifadə oluna bilər. Lakin bir damcını açıq səth üzərində istənilən vaxtda, istənilən istiqamətdə və mümkün qədər az çirklənmə riski ilə hərəkət etdirmək asan deyil.

Damcı daşıma üsulları ümumilikdə passiv və aktiv yanaşmalara bölünə bilər. Passiv səthlər həndəsə və ya islanma qabiliyyəti fərqləri kimi əvvəlcədən yaradılmış asimmetriyalardan istifadə edir. Aktiv sistemlər isə elektrik, maqnit sahəsi və ya işıq kimi xarici stimullar vasitəsilə damcının hərəkətini idarə etməyə çalışır. İşığa əsaslanan üsulların mühüm üstünlüyü onların uzaqdan və birbaşa mexaniki təmas olmadan tətbiq edilə bilməsidir.

Bununla belə, əvvəlki fototermal yanaşmalarda işığı istiliyə çevirmək üçün damcının içinə və ya səth materialına əlavə fototermal hissəciklər daxil edilə bilər. Bu tədqiqatın yanaşması əlavə fototermal nanohissəciklər əlavə etmək əvəzinə LCE-nin özünün işıqla induksiya olunan termal cavabından istifadə etməkdir.

Maye kristal elastomer nədir?

LCE, maye kristal molekullarının nizamlı quruluşunu çarpaz bağlı polimer şəbəkəsinin elastik xüsusiyyətləri ilə birləşdirən material sinfidir. Bu nizamlı, lakin elastik şəbəkə işıq, elektrik, maqnit sahəsi və ya həlledici kimi xarici stimullara cavab olaraq fiziki xüsusiyyətlərini dəyişə bilər. Bu tədqiqatda LCE-nin əsas vəzifəsi mexaniki forma dəyişməsindən daha çox fototermal istilik yaratmaqdır: UV işığı tətbiq olunan sahə digər sahələrə nisbətən daha sürətlə qızır və damcı boyunca temperatur qradiyentinin yaranmasına kömək edir.

PDMS və silikon yağı niyə istifadə edilmişdir?

Polidimetilsiloksan (PDMS), silikon əsaslı elastomerik polimerdir. Tədqiqatda PDMS damcının birbaşa təmas etdiyi üst səth kimi istifadə edilmişdir. Bunun səbəbi təkcə onun kimyəvi quruluşu deyil, həm də silikon yağı ilə işlənəndə çox aşağı sürüşmə bucağına malik sürüşkən səth yarada bilməsidir.

Təmiz LCE üzərində damcı səthə güclü şəkildə yapışmış və səth 90°-yə qədər əyilsə də sürüşməmişdir. Təmiz PDMS-də sürüşmə bucağı 51.1°-yə düşmüşdür. PDMS silikon yağı ilə yağlandıqda sürüşmə bucağı təxminən 3°-yə qədər azalmışdır. Buna görə LCE-nin təmin etdiyi fototermal hərəkətverici mexanizmin damcını həqiqətən daşıya bilməsi üçün səthin yaratdığı sürtünmə/adeziya müqaviməti də kifayət qədər kiçik olmalıdır.

Bu sistemdə UV işığı su damcısını necə hərəkət etdirir?

UV işığı damcının yalnız bir tərəfindəki LCE təbəqəsini lokal olaraq qızdırır; yaranan temperatur qradiyenti interfeys gərilmələrini və damcının iki tərəfindəki təmas bucaqlarını qeyri-bərabər edir. Bu asimmetriya islanma qradiyentindən yaranan Young qüvvəsini formalaşdırdığı halda, damcı boyunca temperaturdan asılı səth gərilməsi fərqi də Marangoni qüvvəsini yaradır. Tədqiqatın qüvvə modelinə görə, bu iki hərəkətverici təsirin cəmi səth müqavimət qüvvəsini aşdıqda damcı şüalanan isti sahədən şüalanmayan daha soyuq sahəyə doğru hərəkət edir.

Təmas bucağı nəyi ifadə edir?

Təmas bucağı maye damcısının səthlə qovuşduğu bölgədə damcı həndəsəsinin səthə nisbətən yaratdığı bucaqdır və səthin maye ilə interfeys qarşılıqlı təsirləri haqqında məlumat verir. Bu tədqiqatda UV tətbiq edilmədikdə damcının iki tərəfi təxminən simmetrikdir və müəlliflərin göstərimində θ_A = θ_B vəziyyətindədir. Sol tərəfdəki A sahəsi qızdırıldıqda θ_A böyüyür və θ_A > θ_B bərabərsizliyi yaranır. Beləliklə, ilkin mexaniki tarazlıq pozulur.

Marangoni effekti nədir?

Marangoni effekti maye interfeysi boyunca səth gərilməsinin mövqeyə görə dəyişməsinin axın yaratmasıdır. Temperatur səth gərilməsini dəyişə bildiyi üçün damcının bir tərəfi digərindən daha isti olduqda damcının daxilində və interfeysində istiqamətli axın yarana bilər. Tədqiqatda boya izləyicisindən istifadə olunaraq UV şüalanması zamanı damcı daxilində aydın axın müşahidə edilmiş və müəlliflər bunu Marangoni axınının mövcudluğunu dəstəkləyən eksperimental müşahidə kimi qiymətləndirmişlər.

Niyə yalnız LCE və ya yalnız sürüşkən PDMS səthi kifayət etmir?

Nəzarət təcrübələri istiqamətli damcı hərəkətinin iki funksiyanın eyni vaxtda mövcudluğundan asılı olduğunu göstərmişdir: LCE təbəqəsi kifayət qədər fototermal temperatur qradiyenti yaradarkən silikon yağı ilə yağlanmış PDMS təbəqəsi damcının səth müqavimətini azaldır. PDMS və PDMS-silikon yağı səthləri UV altında bir qədər qızsa da damcı hərəkəti göstərməmiş; PDMS/LCE və LCE-silikon yağı qurğularında aydın temperatur artımı müşahidə edilsə də, səth müqaviməti kifayət qədər aşağı olmadığı üçün damcılar hərəkətsiz qalmışdır.

Tədqiqatın dəstəklədiyi və dəstəkləmədiyi nəticələr

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

İstifadə olunan əsas materiallar

• RM257: 1,4-Bis-[4-(3-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy]-2-methylbenzene; LCE şəbəkəsinin maye kristal komponentlərindən biridir.
• EDDET: 3,6-dioxo-1,8-octanedisulfide; tiol tərkibli komponentdir.
• PETMP: pentaerythritol tetra-3-mercaptopropionate; dörd funksiyalı tiol çarpaz bağlayıcıdır.
• DPA: n-propylamine; Michael birləşmə reaksiyasında katalizator kimi istifadə edilmişdir.
• IRG819: fotobaşladıcıdır.
• PDMS: Sylgard 184 prekursoru və bərkitmə maddəsindən istifadə edilərək hazırlanmışdır.
• Silikon yağı: 5 cSt özlülüklü Dow Corning silikon yağı istifadə edilmişdir.

Ölçmə cihazları

PETMP tərkibinin dəyişdirildiyi ilk LCE seriyası

Tədqiqatçılar PETMP-nin ümumi tiol qrupları içindəki molyar payını dəyişdirərək üç LCE formulu hazırlamışlar: PETMP-0, PETMP-20 və PETMP-40. Bu adlandırmalar PETMP mənşəli tiol qruplarının ümumi tiol içində müvafiq olaraq %0, %20 və %40 molyar payını ifadə edir. EDDET və PETMP miqdarları dəyişdirilərkən ümumi tiol mol miqdarı sabit saxlanılmışdır.

RM257, EDDET, PETMP və 10 µL DPA 4 mL diklorometan içində həll edilmiş və otaq temperaturunda 10 dəqiqə ultrasəs emalı tətbiq olunmuşdur. Qarışıq 4.0 cm × 4.0 cm × 1.3 cm yiv ölçülərinə malik PTFE qəlibə köçürülmüş və Michael birləşmə reaksiyasının tamamlanması üçün otaq temperaturunda 24 saat saxlanılmışdır. Bu müddətdə həlledici yavaş-yavaş buxarlanmış və düz gel vəziyyətində film yaranmışdır. Film daha sonra qalan həlledicini uzaqlaşdırmaq üçün 30 °C-də vakuum sobasında 24 saat qurudulmuşdur.

Michael birləşmə reaksiyası FTIR ilə necə izlənmişdir?

EDDET və PETMP-dəki S–H rabitəsinin dartılma vibrasiyası təxminən 2560 cm⁻¹ bölgəsində FTIR zolağı verir. LCE yaranması zamanı bu S–H zolağının yox olması tiol qrupunun akrilat qrupu ilə Michael birləşmə reaksiyasına girdiyini dəstəkləyən spektroskopik göstərici kimi istifadə edilmişdir. Bu ölçmə reaksiyanın bütün aralıq mərhələlərini təkbaşına göstərmir; lakin başlanğıcdakı sərbəst S–H funksiyasının sərf olunmasını izləmək üçün istifadə edilmişdir.

Termal xarakterizasiya

T_g, şüşələşmə keçid temperaturudur. Polimer zəncirlərinin aşağı temperaturdakı daha məhdud hərəkət vəziyyətindən daha mobil seqmental davranışa keçdiyi temperatur sahəsini ifadə edir. PETMP miqdarı artdıqca T_g-nin −12.07 °C-dən −1.35 °C-yə doğru yüksəlməsi mənbə tərəfindən artan çarpaz bağ sıxlığının polimer zəncirinin hərəkətini məhdudlaşdırması ilə əlaqələndirilmişdir.

T_NI, nematik nizamlı fazadan izotropik fazaya keçid temperaturunu ifadə edir. PETMP-40 üçün 72.86 °C, PETMP-20 üçün 62.23 °C bildirilmişdir. Tədqiqatçılar bu dəyişikliyi çarpaz bağ nöqtələrinin sayının zəncirin nizamsızlaşması üçün tələb olunan enerjiyə təsir etməsi ilə əlaqələndirmişlər.

Termoqravimetrik analizdə PETMP-0, PETMP-20 və PETMP-40 nümunələrinin təxminən 300 °C-dən aşağıda əsasən sabit qaldığı bildirilmişdir. Bu nəticə təcrübə sisteminin termal xarakterizasiyasına aiddir; materialın bütün istifadə şəraitlərində uzunmüddətli davamlılığını sübut etmir.

PETMP-40-IRG819 necə hazırlanmışdır?

Fototermal xüsusiyyətləri yaxşılaşdırmaq və qalan sərbəst akrilat qruplarının polimerləşməsini irəli aparmaq məqsədilə PETMP-40 formuluna IRG819 fotobaşladıcısı əlavə edilmişdir. İstifadə olunan qarışıq:

• RM257: 0.7032 g, 1.19 mmol
• EDDET: 0.1268 g, 0.70 mmol
• PETMP: 0.1134 g, 0.23 mmol
• IRG819: %1 kütlə üzrə
• DPA: 10 µL
• DCM: 4 mL

Qarışıq otaq temperaturunda 10 dəqiqə ultrasəs üsulu ilə dispersləşdirilmiş, 4 cm × 4.0 cm × 1.3 cm ölçülü PTFE qəlibə köçürülmüş və otaq temperaturunda 24 saat ilkin çarpaz bağlanmaya buraxılmışdır. Daha sonra film 15 dəqiqə UV altında fotopolimerləşdirilmişdir. Qalan IRG819-u uzaqlaşdırmaq üçün susuz etanolla yuyulmuş və otaq temperaturunda vakuum altında sabit kütləyə qədər qurudulmuşdur. Son LCE filminin qalınlığı təxminən 2 mm kimi bildirilmişdir.

PETMP-40-IRG819 nümunəsinin T_g dəyəri 7.45 °C-yə yüksəlmişdir. Mənbə bu dəyişikliyi daha yüksək çarpaz bağ sıxlığının zəncir hərəkətini məhdudlaşdırması ilə əlaqələndirir. T_NI keçidinə aid pik isə genişlənmiş və zəifləyərək aydınlığını itirmişdir.

Fototermal cavab

PETMP-0, PETMP-20 və PETMP-40 nümunələri 365 nm UV işığı altında müqayisə edilmişdir. Eyni şüalanma şəraitində PETMP-40 ilk üç formul arasında ən aydın fototermal temperatur artımını göstərmişdir. PETMP-40-IRG819 hazırlandıqdan sonra bu nümunənin də sürətli temperatur artımı göstərdiyi müəyyən edilmiş və tədqiqatın qalan təcrübələrində LCE təbəqəsi kimi PETMP-40-IRG819 istifadə edilmişdir.

Mənbənin Şəkil 2D-sində UV intensivliyi artdıqca temperatur artımının böyüdüyü göstərilir. Əyrilər 50, 150 və 250 mW/cm² işıq intensivliklərini müqayisə edir. Mənbə mətni bu əlaqəni müsbət işıq intensivliyi–istilik yaranması əlaqəsi kimi şərh edir. Qrafik əyrilərindən burada yeni aralıq temperatur dəyərləri çıxarılmamışdır.

PDMS-silikon yağı təbəqəsinin hazırlanması

PDMS prekursoru və bərkitmə maddəsi 10:1 kütlə nisbətində yaxşıca qarışdırılmışdır. Qarışıq kvadrat PTFE qəlibə tökülmüş, qaz qabarcıqları uzaqlaşdırıldıqdan sonra 70 °C-lik qızdırıcı üzərində 1 saat bərkidilmişdir. Yaranan PDMS film qəlibdən çıxarılmışdır.

PDMS film daha sonra silikon yağı içində tam batmış vəziyyətdə 24 saat saxlanılmışdır. Film çıxarıldıqdan sonra artıq yağın uzaqlaşması üçün şaquli vəziyyətdə gözlədilmişdir. Beləliklə, səthində sürtkü təbəqəsi daşıyan təxminən 1.5 mm qalınlığında PDMS-silikon yağı filmi əldə edilmişdir.

Bu film LCE təbəqəsinin üzərinə yerləşdirilərək PDMS-silikon yağı/LCE kompozit səthi yaradılmışdır. Damcı birbaşa LCE üzərində deyil, üstdəki aşağı sürtünməli yağlanmış PDMS səthi üzərində hərəkət edir; LCE isə altdan fototermal istilik mənbəyi rolunu oynayır.

Sürüşmə bucağı səth seçimini necə müəyyənləşdirmişdir?

Sürüşmə bucağı səth əyildikdə damcının hərəkət etməyə başladığı meyl bucağıdır. Kiçik sürüşmə bucağı ümumiyyətlə damcının hərəkətinə qarşı daha aşağı səth müqaviməti olduğunu göstərir. Mənbənin Şəkil 3-də bildirilən dəyərlər belədir:

Bu müqayisə yalnız LCE-nin fototermal xüsusiyyətinin kifayət etmədiyini açıq şəkildə göstərir. Enerji/qüvvə mənbəyi ilə aşağı səth müqaviməti fərqli funksiyalar kimi eyni kompozit sistemdə birləşdirilməli olmuşdur.

Damcı hərəkəti təcrübəsinin şərtləri

• Damcı: 5 µL deionlaşdırılmış su.
• Səth: PDMS-silikon yağı/LCE kompoziti.
• İşıq dalğa uzunluğu: 365 nm UV.
• İşıq intensivliyi: 250 mW/cm².
• Şüalanma mövqeyi: Damcının sol tərəfi.
• Hərəkət istiqaməti: Şüalanmayan sahəyə doğru.
• Müşahidə olunan məsafə: 16 mm.
• Müşahidə olunan müddət: təxminən 34 s.
• Mənbədə bildirilən orta sürət: 0.47 mm/s.

Vizual izləmə məqsədilə əlaqəli təcrübələrdə damcıya qara piqment əlavə edilmişdir. Lokal şüalanma başladıqda sol tərəfdə temperatur yüksəlmiş və damcı hərəkətsiz vəziyyətdən hərəkətli vəziyyətə keçmişdir. UV mənbəyi söndürüldükdə hərəkət qısa müddətdə dayanmışdır.

Nəzarət təcrübələri

Mənbə mexanizminin Verianla üçün yenidən qurulması

Tənlik 1 — Young tənliyi

Formula nəyi izah edir? Young tənliyi damcının təmas bucağı ilə müxtəlif interfeyslərin gərilmələri arasındakı tarazlığı əlaqələndirir. Tədqiqatda bu tənlik lokal temperatur dəyişikliyi interfeys gərilmələrindən birini dəyişdirdikdə damcının təmas bucağının niyə dəyişə biləcəyini izah etmək üçün istifadə edilmişdir.

• γ_la: maye–hava interfeys gərilməsi.
• γ_oa: yağ–hava interfeys gərilməsi.
• γ_ol: yağ–maye interfeys gərilməsi.
• θ: təmas bucağı.

İnterfeys gərilmələrinin SI vahidi N/m-dir; təmas bucağı bucaq kəmiyyətidir. Tənlikdə cosθ ölçüsüzdür, buna görə γ_lacosθ termini də N/m ölçüsünə malikdir və tənliyin hər iki tərəfi ölçü baxımından uyğundur.

UV işığı A tərəfindəki LCE-ni qızdırdıqda, mənbə tədqiqatın mexanizm izahına görə bu sahədə γ_oa(A) azalır və buna uyğun olaraq təmas bucağı θ_A artır. Şüalanmayan B tərəfində daha aşağı temperatur qorunur. Nəticədə başlanğıcdakı θ_A = θ_B tarazlığı pozulur və θ_A > θ_B vəziyyətinə keçilir.

Tənlik 2 — Islanma qradiyentindən yaranan Young qüvvəsi

Formula nəyi hesablayır? Mənbədə F_Y, damcının iki tərəfindəki təmas bucaqları fərqləndikdə yaranan islanma qradiyenti mənşəli hərəkətverici qüvvənin təxmini ifadəsidir.

• F_Y: Young/islanma qradiyenti qüvvəsi; qüvvə vahidi N.
• R: damcının xarakterik radiusu; uzunluq vahidi m.
• θ_A: şüalanan və daha isti A tərəfindəki təmas bucağı.
• θ_B: şüalanmayan B tərəfindəki təmas bucağı.
• γ_la: maye–hava interfeys gərilməsi; N/m.

Ölçü baxımından R × γ_la = m × N/m = N olduğuna görə ifadə qüvvə verir. θ_A və θ_B fərqli deyilsə, kosinus fərqi sıfıra yaxınlaşır və bu qüvvə komponentinin hərəkətverici təsiri itir. Buna görə tədqiqatdakı əsas mexanizm təmas bucağının təkcə qiymətinə deyil, damcının iki tərəfi arasındakı asimmetriyaya əsaslanır.

Tənlik 3 — Marangoni qüvvəsi

Formula nəyi hesablayır? F_M, temperaturun mövqeyə görə dəyişməsi nəticəsində maye–hava səth gərilməsində yaranan qradiyentin damcı üzərində meydana gətirdiyi təxmini Marangoni qüvvəsini ifadə edir.

• F_M: Marangoni qüvvəsi; N.
• R: damcının xarakterik radiusu; m.
• dγ_la/dT: maye–hava səth gərilməsinin temperatura həssaslığı; təxminən N/(m·K).
• dT/dx: səth boyunca temperatur qradiyenti; K/m.

Ölçü analizi aparıldıqda R² × [N/(m·K)] × [K/m] = N alınır. Beləliklə, ifadə qüvvə ölçüsünə malikdir.

Bu tənlikdə iki törəmənin hasili vacibdir. Əgər səth gərilməsi temperaturdan təsirlənmirsə dγ_la/dT kiçilir; səth boyunca temperatur fərqi yoxdursa dT/dx kiçilir. Hər iki halda temperaturdan asılı Marangoni itələməsi azalır. Bu izah tənliyin riyazi quruluşundan irəli gəlir; mənbədə əlavə olaraq UV ilə yaradılan temperatur qradiyentinə bağlı Marangoni axını boya izləyicisi ilə müşahidə edilmişdir.

Hərəkət üçün qüvvə tarazlığı

Mənbə tədqiqatın mexanizm analizində damcının hərəkətə başlaması üçün aşağıdakı şərtdən istifadə edilmişdir:

Burada F_H səthin damcı hərəkətinə qarşı göstərdiyi müqavimət qüvvəsidir. Bu əlaqə tədqiqatın niyə həm LCE-yə, həm də çox sürüşkən PDMS-silikon yağı təbəqəsinə ehtiyac duyduğunu izah edir. LCE, F_Y və F_M-ni yaradan temperatur/islanma asimmetriyasını təmin edir; yağlanmış PDMS isə F_H-ni kiçildir. Hərəkətverici qüvvələr səth müqavimətini aşa bilmədikdə temperatur artsa belə damcı hərəkət etməyə bilər.

Temperaturun su təmas bucağına təsiri

25 °C-dən 55 °C-yə yüksəldikdə statik təmas bucağının 98.2°-dən 106.2°-yə artması temperaturun yağlanmış PDMS səthində damcı həndəsəsini dəyişdirə bildiyini dəstəkləyir. Tədqiqatçılar bu müşahidəni LCE mənşəli lokal temperatur artımının damcının iki tərəfində təmas bucağı asimmetriyası yarada bilməsinin eksperimental əsaslarından biri kimi istifadə etmişlər.

Damcıların birləşməsi təcrübəsi

Tədqiqatda tək damcı hərəkətinə əlavə olaraq eyni sistemlə iki 5 µL damcı istifadə edilmişdir. İşıq olmadıqda iki damcı hərəkətsiz qalmışdır. Birinci damcıya uyğun istiqamətdə UV tətbiqi damcını ikinci damcıya doğru sürükləmiş və iki damcının birləşməsi təmin edilmişdir.

Birləşmə nəticəsində yaranan təxminən 10 µL-lik damcı UV işığı davam etdiyi müddətdə hərəkətini davam etdirmiş və 25 saniyədə 7 mm yol qət etmişdir. Mənbə orta hərəkət sürətini təxminən 0.28 mm/s kimi bildirir. UV işığı kəsildikdə birləşmiş damcı da dayanmışdır.

İki təcrübə arasındakı sürət fərqi mənbənin şərhində damcı həcminin daşıma sürətinə təsir edə biləcəyini göstərir. Lakin yalnız bu iki həcmdən ümumi sürət–həcm əlaqəsi çıxarmaq və ya riyazi miqyaslama qanunu qurmaq mənbə tərəfindən dəstəklənmir.

Qeyri-müəyyənlik və statistika baxımından nə bilirik?

Mənbənin Şəkil 2-də fototermal temperatur əyrilərinin üç müstəqil ölçmənin ortalamasını göstərdiyi və ətrafındakı kölgəli sahələrin standart kənarlaşmanı (SD) təmsil etdiyi qeyd olunur. Bununla belə, mənbə bütün zaman nöqtələrinin xam ədədi temperatur dəyərlərini mətn və ya cədvəl şəklində vermir. Buna görə Verianla mətnində qrafikdən yeni dəqiq temperatur dəyərləri çıxarılmamışdır.

Sürüşmə bucağı və təmas bucağı qrafiklərində ± dəyərləri bildirilmişdir. Mənbədə həmçinin geniş hipotez testi, p-dəyəri və ya effekt ölçüsü analizi bildirilmir. Bu tədqiqat əsasən material hazırlığı, səth xarakterizasiyası, nəzarət təcrübələri və fiziki mexanizmin göstərilməsinə əsaslanır.

Tədqiqatın əsas güclü tərəfləri

• Fototermal nanohissəcikləri damcının içinə əlavə etmədən istiqamətli hərəkət göstərilmişdir.
• Damcı hərəkətinin yalnız UV-nin mövcudluğuna aid edilməməsi üçün müxtəlif səth nəzarət təcrübələrindən istifadə edilmişdir.
• LCE-nin fototermal davranışı termal görüntüləmə ilə qiymətləndirilmişdir.
• Aşağı səth müqaviməti sürüşmə bucağı ölçmələri ilə kəmiyyətcə müqayisə edilmişdir.
• Temperatur–təmas bucağı əlaqəsi ayrıca təcrübələrlə araşdırılmışdır.
• Marangoni axınını dəstəkləmək üçün boya izləyicisi müşahidəsindən istifadə edilmişdir.
• Tək damcının daşınması ilə yanaşı iki damcının birləşdirilməsi də göstərilmişdir.

Tədqiqatın əsas məhdudiyyətləri

• Təcrübələr laboratoriya miqyasında hazırlanmış kompozit səthlərdə aparılmışdır.
• Əsas hərəkət təcrübəsində 5 µL deionlaşdırılmış su damcısı və müəyyən UV şəraiti istifadə edilmişdir; müxtəlif mayelər üçün ümumi performans göstərilməmişdir.
• Əsas UV hərəkət şərti 365 nm və 250 mW/cm²-dir; başqa işıq mənbələrinin eyni daşıma performansını təmin edəcəyi göstərilməmişdir.
• Mənbə bütün mümkün damcı həcmləri üçün sürət–həcm əlaqəsi qurmamışdır.
• Uzunmüddətli dövr davamlılığı və ya çoxsaylı təkrarlanan daşıma dövrlərindəki performans ətraflı şəkildə bildirilməmişdir.
• Real mikrofluidik cihaz, bioloji nümunə, dərman və ya hüceyrə daşıma performansı sınaqdan keçirilməmişdir.
• Duman yığımı, özünü təmizləmə və buzlanmanın qarşısının alınması tətbiqləri bu tədqiqatda eksperimental tətbiq kimi doğrulanmamışdır.
• Gələcək üçün təklif olunan proqramlaşdırıla bilən LCE deformasiyası və naxışlı işıqla çoxdamcılı idarəetmə mövcud tədqiqatın həyata keçirilmiş nəticəsi deyil.

Tədqiqatın düzgün elmi nəticəsi

Bu tədqiqatın əsas nəticəsi ondan ibarətdir ki, çarpaz bağlı LCE-nin lokal UV şüalanması altında yaratdığı fototermal temperatur qradiyenti silikon yağı ilə yağlanmış aşağı sürtünməli PDMS səthi ilə birlikdə istifadə edildikdə su damcılarının istiqamətli daşınmasını təmin edə bilər. Mənbə təcrübələri yalnız fototermal isinmənin və ya yalnız aşağı sürtünmənin kifayət etmədiyini; iki təsirin birlikdə işləməsinin zəruri olduğunu dəstəkləyir.

Bu mexanizmdə işıqla qızdırılan sahədə təmas bucağı tarazlığı pozulur, islanma qradiyentinə bağlı Young qüvvəsi ilə temperatur mənşəli səth gərilməsi qradiyentinə bağlı Marangoni qüvvəsi birlikdə hərəkət istiqamətinə töhfə verir. Damcının hərəkəti bu qüvvələrin səth müqavimətini aşması ilə əlaqələndirilir.

Tədqiqat təmassız və işıqla idarə olunan ağıllı səthlər üçün eksperimental yanaşma ortaya qoyur. Lakin tədqiqatın gələcək üçün təklif etdiyi duman yığımı, özünü təmizləmə, buzlanmanın qarşısının alınması və ya daha mürəkkəb çoxdamcılı əməliyyatlar hazırkı məqalədə doğrulanmış tətbiqlər deyil, sonrakı tədqiqatlar üçün potensial istiqamətlərdir.

Mənbə və Metod Qeydi

Özgün başlıq: Photo-Triggered Directional Movement of a Water Droplet on Surfaces by Liquid Crystal Elastomers

Müəlliflər: Shuhua Li; Yan Lin; Yanping Deng; Jiawen Chen.

Məsul müəlliflər: Yanping Deng və Jiawen Chen.

Bərabər töhfə: Mənbə məqalədə bərabər töhfə/bərabər birinci müəlliflik bəyanı göstərilməmişdir.

Qurumlar: School of Chemistry, South China Normal University, Guangzhou 510006, China; School of Materials and New Energy, South China Normal University, Shanwei 516600, China.

Jurnal: Chemistry.

Nəşriyyat: MDPI, Basel, Switzerland.

Biblioqrafik qeyd: Chemistry 2026, 8(9), 116.

DOI: 10.3390/chemistry8090116

Rəsmi keçid: https://doi.org/10.3390/chemistry8090116

Məqalənin zaman xətti: Received: 20 İyul 2026; Revised: 13 Avqust 2026; Accepted: 23 Avqust 2026; Published: 26 Avqust 2026.

Mənbə növü və resenziya statusu: Chemistry jurnalında dərc olunmuş tədqiqat məqaləsidir. Chemistry, MDPI tərəfindən nəşr olunan beynəlxalq resenziyalı açıq girişli kimya jurnalıdır.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) açıq giriş lisenziyası.

Preprint statusu: Araşdırılan mənbə PDF-də preprint versiyası və ya preprint identifikatoru göstərilməmişdir.

Tədqiqat növü: Eksperimental polimer/material elmi, səth və interfeys elmi, fototermal xarakterizasiya və laboratoriya miqyaslı damcı manipulyasiyası.

Maliyyələşdirmə: National Key R&D Program of China, layihə nömrəsi 2020YFE0100200; Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation, layihə nömrəsi 2025A1515011287.

Məlumat əlçatanlığı: Tədqiqatın nəticələrini dəstəkləyən məlumatların əsaslandırılmış sorğu əsasında məsul müəllifdən əldə edilə biləcəyi göstərilmişdir.

Maraqlar toqquşması: Müəlliflər maraqlar toqquşmasının olmadığını bəyan etmişlər.

Müəllif töhfələri: Shuhua Li: təcrübə dizaynı, təcrübələrin icrası, məlumatların əldə edilməsi və ilkin layihənin yazılması. Yan Lin: təcrübələrin bir hissəsinin icrası və məlumatların əldə edilməsi. Yanping Deng: nəzərdən keçirmə və redaktə. Jiawen Chen: yazı, nəzərdən keçirmə və məqalənin yekunlaşdırılması. Bütün müəlliflər dərc olunmuş versiyanı oxuyub təsdiqləmişlər.

Əlavə materiallar: Mənbə tədqiqatın əlavə materiallarında FTIR spektrləri, müxtəlif səthlərdə damcı hərəkəti, LCE və PDMS qalınlıq görüntüləri, müxtəlif LCE nümunələrinin fototermal IR videoları, müxtəlif işıq intensivlikləri, sürüşmə bucaqları, nəzarət səthləri, tək damcı hərəkəti, Marangoni axını və iki 5 µL damcının birləşməsinə dair videolar, həmçinin PETMP-0/PETMP-20/PETMP-40 tərkib cədvəli mövcuddur.

Əsas metodoloji məhdudiyyət: Tədqiqat 365 nm UV ilə laboratoriya miqyaslı kompozit səthdə aparılan idarə olunan damcı təcrübəsidir. Nəticələr başqa mayelərə, başqa işıq mənbələrinə, sənaye tətbiqlərinə və ya bioloji/klinik daşıma sistemlərinə avtomatik şəkildə ümumiləşdirilə bilməz. Gələcək tətbiq sahələri mənbə müəlliflərin proqnozudur və mövcud təcrübədə doğrulanmış nəticələr deyil.