Suyuq kristall elastomer (liquid crystal elastomer, LCE) suyuq kristallarning molekulyar tartibini oʻzaro tikilgan elastomer tarmogʻining mexanik egiluvchanligi bilan birlashtiradigan taʼsirga sezgir polimer materialdir. Ushbu tadqiqotda Shuhua Li, Yan Lin, Yanping Deng va Jiawen Chen LCE ultrabinafsha yorugʻlik ostida hosil qiladigan fototermal qizishni silikon moyi bilan moylangan, ishqalanishi past polidimetilsiloksan (PDMS) sirti bilan birlashtirib, suv tomchilarini kontaktsiz ravishda maʼlum yoʻnalishda harakatlantira oladigan kompozit sirt tayyorlagan. Tajribalarda 5 µL deionizatsiyalangan suv tomchisining bir tomoni 365 nm toʻlqin uzunligi va 250 mW/cm² intensivlikdagi UV nuri bilan mahalliy ravishda nurlantirilgan. Kompozit sirtda tomchi taxminan 34 soniyada 16 mm siljigan va oʻrtacha 0.47 mm/s tezlik koʻrsatgan. UV nuri oʻchirilganda harakat toʻxtagan.

Tizim ikki funksional qatlamning birgalikda ishlashiga asoslanadi. Pastdagi oʻzaro tikilgan LCE qatlami UV nurini mahalliy harorat oshishiga aylantiradigan fototermal komponentdir. Yuqoridagi silikon moyi bilan moylangan PDMS qatlami esa tomchining sirt boʻylab mexanik qarshiligini juda past darajaga tushiradi. Faqat LCE ning qizishi yetarli boʻlmagan; faqat ishqalanishi past PDMS-silikon moyi sirti ham UV ostida tomchini harakatlantirmagan. Yoʻnaltirilgan tashish LCE hosil qilgan harorat gradienti bilan moylangan PDMS sirtining past ishqalanishi bir vaqtda mavjud boʻlganda yuzaga kelgan.

Mahalliy UV nurlantirish tomchining nurlantirilgan tomonidagi LCE ni qizdirgan, bu harorat farqi sirt va fazalararo tarangliklarni oʻzgartirib, tomchining ikki tomonidagi kontakt burchaklarini tengsiz qilgan. Manba tadqiqotda ushbu mexanizm Young tenglamasi, hoʻllanish gradientidan kelib chiqadigan Young kuchi va harorat tufayli sirt tarangligi gradientidan kelib chiqadigan Marangoni kuchi bilan tushuntirilgan. Tomchining yoʻnaltirilgan harakati Young va Marangoni kuchlari yigʻindisining sirt qarshiligidan oshishi bilan bogʻlangan.

Tadqiqot, shuningdek, ikkita 5 µL tomchini UV nuri yordamida bir-biriga qarab siljitib birlashtirish mumkinligini koʻrsatgan. Hosil boʻlgan 10 µL tomchi UV ostida 25 soniyada 7 mm siljigan va taxminan 0.28 mm/s tezlik koʻrsatgan. Biroq tadqiqot laboratoriya miqyosidadir. Dori yoki hujayra tashish, tumanni yigʻish, oʻz-oʻzini tozalash yoki muzlanishning oldini olish kabi qoʻllanmalar bevosita sinovdan oʻtkazilmagan; bular tadqiqotchilar kelajakdagi ehtimoliy qoʻllanish sohalari sifatida baholagan yoʻnalishlardir.

Tadqiqotning asosiy muammosi

Mikro va kichik hajmli suyuqlik tomchilarini boshqariladigan tarzda harakatlantirish mikrofluidik tizimlar, kimyoviy tahlil, material sintezi va tomchiga asoslangan tashish qoʻllanmalari uchun muhim muammodir. Tomchilar kichik va mustaqil hajmlar hosil qilgani sababli reaksiya muhiti yoki tashuvchi sifatida ishlatilishi mumkin. Biroq tomchini ochiq sirt ustida kerakli vaqtda, kerakli yoʻnalishda va imkon qadar kam ifloslanish xavfi bilan harakatlantirish oson emas.

Tomchilarni tashish usullari, umuman olganda, passiv va aktiv yondashuvlarga boʻlinadi. Passiv sirtlar geometriya yoki hoʻllanuvchanlik farqlari kabi oldindan yaratilgan assimetriyalardan foydalanadi. Aktiv tizimlar esa elektr, magnit maydon yoki yorugʻlik kabi tashqi taʼsirlar orqali tomchi harakatini boshqarishga intiladi. Yorugʻlikka asoslangan usullarning muhim afzalligi ularni masofadan turib va bevosita mexanik kontaktsiz qoʻllash mumkinligidir.

Shu bilan birga, oldingi fototermal yondashuvlarda yorugʻlikni issiqlikka aylantirish uchun tomchi ichiga yoki sirt materialiga qoʻshimcha fototermal zarrachalar qoʻshilishi mumkin. Ushbu tadqiqot yondashuvi qoʻshimcha fototermal nanozarrachalarni kiritish oʻrniga LCE ning oʻziga xos yorugʻlik taʼsirida yuzaga keladigan termal javobidan foydalanishdir.

Suyuq kristall elastomer nima?

LCE — suyuq kristall molekulalarining tartibli tuzilishini oʻzaro tikilgan polimer tarmogʻining elastik xususiyatlari bilan birlashtiradigan materiallar sinfi. Ushbu tartibli, biroq egiluvchan tarmoq yorugʻlik, elektr, magnit maydon yoki erituvchi kabi tashqi taʼsirlarga javoban fizik xususiyatlarini oʻzgartirishi mumkin. Ushbu tadqiqotda LCE ning asosiy vazifasi mexanik shakl oʻzgarishidan koʻra fototermal issiqlik hosil qilishdir: UV nuri tushirilgan hudud boshqa hududlarga nisbatan tezroq qiziydi va tomchi boʻylab harorat gradienti hosil boʻlishiga yordam beradi.

Nega PDMS va silikon moyi ishlatilgan?

Polidimetilsiloksan (PDMS) silikon asosidagi elastomer polimerdir. Tadqiqotda PDMS tomchi bevosita tegadigan yuqori sirt sifatida ishlatilgan. Buning sababi faqat uning kimyoviy tuzilishi emas, balki silikon moyi bilan ishlov berilganda juda past sirpanish burchagiga ega sirpanchiq sirt hosil qila olishidir.

Sof LCE ustida tomchi sirtga kuchli yopishgan va sirt 90° gacha qiyalatilganiga qaramay sirpanmagan. Sof PDMS da sirpanish burchagi 51.1° gacha kamaygan. PDMS silikon moyi bilan moylanganda sirpanish burchagi taxminan 3° gacha tushgan. Demak, LCE taʼminlaydigan fototermal harakatlantiruvchi mexanizm tomchini amalda tashiy olishi uchun sirtning qarshi ishqalanish/adgeziya qarshiligi ham yetarlicha kichik boʻlishi kerak.

Bu tizimda UV nuri suv tomchisini qanday harakatlantiradi?

UV nuri tomchining faqat bir tomonidagi LCE qatlamini mahalliy ravishda qizdiradi; hosil boʻlgan harorat gradienti fazalararo tarangliklarni va tomchining ikki tomonidagi kontakt burchaklarini tengsiz qiladi. Ushbu assimetriya hoʻllanish gradientidan kelib chiqadigan Young kuchini hosil qilsa, tomchi boʻylab haroratga bogʻliq sirt tarangligi farqi ham Marangoni kuchini yuzaga keltiradi. Tadqiqotning kuch modeliga koʻra, ushbu ikki harakatlantiruvchi taʼsir yigʻindisi sirt qarshilik kuchidan oshganda tomchi nurlantirilgan issiq hududdan nurlantirilmagan sovuqroq hudud tomonga harakatlanadi.

Kontakt burchagi nimani anglatadi?

Kontakt burchagi suyuqlik tomchisi sirt bilan tutashgan joyda tomchi geometriyasining sirtga nisbatan hosil qiladigan burchagidir va sirtning suyuqlik bilan fazalararo oʻzaro taʼsirlari haqida maʼlumot beradi. Ushbu tadqiqotda UV qoʻllanmaganda tomchining ikki tomoni taxminan simmetrik va mualliflar tasvirida θ_A = θ_B holatidadir. Chap tomondagi A hududi qizdirilganda θ_A kattalashadi va θ_A > θ_B tengsizligi yuzaga keladi. Natijada dastlabki mexanik muvozanat buziladi.

Marangoni effekti nima?

Marangoni effekti — suyuqlik fazalararo chegarasi boʻylab sirt tarangligining joylashuvga qarab oʻzgarishi oqim hosil qiladigan hodisadir. Harorat sirt tarangligini oʻzgartira olgani uchun tomchining bir tomoni ikkinchi tomondan issiqroq boʻlganda tomchi ichida va fazalararo chegarada yoʻnaltirilgan oqim hosil boʻlishi mumkin. Tadqiqotda boʻyoq kuzatuvchisi yordamida UV nurlantirish vaqtida tomchi ichida aniq oqim kuzatilgan va mualliflar buni Marangoni oqimi mavjudligini qoʻllab-quvvatlaydigan eksperimental kuzatuv sifatida baholagan.

Nega faqat LCE yoki faqat sirpanchiq PDMS sirti yetarli emas?

Nazorat tajribalari yoʻnaltirilgan tomchi harakati ikki funksiyaning birgalikda mavjud boʻlishiga bogʻliqligini koʻrsatgan: LCE qatlami yetarli fototermal harorat gradientini hosil qilsa, silikon moyi bilan moylangan PDMS qatlami tomchining sirt qarshiligini kamaytiradi. PDMS va PDMS-silikon moyi sirtlari UV ostida biroz qizigan boʻlsa-da tomchi harakatini koʻrsatmagan; PDMS/LCE va LCE-silikon moyi tuzilmalarida sezilarli harorat oshishi kuzatilgan boʻlsa ham, sirt qarshiligi yetarlicha past boʻlmagani sababli tomchilar harakatsiz qolgan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan va qoʻllab-quvvatlamaydigan xulosalar

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Ishlatilgan asosiy materiallar

• RM257: 1,4-Bis-[4-(3-acryloyloxypropyloxy)benzoyloxy]-2-methylbenzene; LCE tarmogʻining suyuq kristall tarkibiy qismlaridan biridir.
• EDDET: 3,6-dioxo-1,8-octanedisulfide; tiol saqlovchi tarkibiy qismdir.
• PETMP: pentaerythritol tetra-3-mercaptopropionate; toʻrt funksiyali tiol oʻzaro tikuvchi modda.
• DPA: n-propylamine; Michael qoʻshilish reaksiyasida katalizator sifatida ishlatilgan.
• IRG819: fotoinitsiator.
• PDMS: Sylgard 184 prekursor va qotiruvchi modda yordamida tayyorlangan.
• Silikon moyi: 5 cSt qovushqoqlikdagi Dow Corning silikon moyi ishlatilgan.

Oʻlchash asboblari

PETMP miqdori oʻzgartirilgan dastlabki LCE seriyasi

Tadqiqotchilar PETMP ning umumiy tiol guruhlari ichidagi molyar ulushini oʻzgartirib uchta LCE formulasini tayyorlagan: PETMP-0, PETMP-20 va PETMP-40. Ushbu nomlar PETMP dan kelib chiqqan tiol guruhlarining umumiy tioldagi mos ravishda %0, %20 va %40 molyar ulushini bildiradi. EDDET va PETMP miqdorlari oʻzgartirilganda umumiy tiol mol miqdori oʻzgarmas saqlangan.

RM257, EDDET, PETMP va 10 µL DPA 4 mL dixlormetanda eritilib, xona haroratida 10 daqiqa ultratovush bilan ishlov berilgan. Aralashma 4.0 cm × 4.0 cm × 1.3 cm oʻlchamli chuqurchaga ega PTFE qolipga oʻtkazilib, Michael qoʻshilish reaksiyasi yakunlanishi uchun xona haroratida 24 soat ushlab turilgan. Shu vaqt ichida erituvchi sekin bugʻlangan va tekis gel holatidagi plyonka hosil boʻlgan. Keyin qolgan erituvchini yoʻqotish uchun plyonka 30 °C da vakuum pechida 24 soat quritilgan.

Michael qoʻshilish reaksiyasi FTIR bilan qanday kuzatilgan?

EDDET va PETMP dagi S–H bogʻining choʻzilish tebranishi taxminan 2560 cm⁻¹ sohasida FTIR polosasi beradi. LCE hosil boʻlishida ushbu S–H polosasi yoʻqolishi tiol guruhining akrilat guruhi bilan Michael qoʻshilish reaksiyasiga kirishganini qoʻllab-quvvatlaydigan spektroskopik belgi sifatida ishlatilgan. Ushbu oʻlchov reaksiya mexanizmining barcha oraliq bosqichlarini oʻzi toʻliq koʻrsatmaydi; ammo boshlangʻich erkin S–H funksiyasining sarflanishini kuzatish uchun qoʻllanilgan.

Termal tavsiflash

T_g — shishalanish oʻtish harorati. U polimer zanjirlarining past haroratdagi cheklanganroq harakat holatidan harakatchanroq segmental xatti-harakatga oʻtadigan harorat sohasini bildiradi. PETMP miqdori oshgani sari T_g ning −12.07 °C dan −1.35 °C gacha koʻtarilishi manba tomonidan oʻzaro tikilish zichligi ortishi polimer zanjiri harakatini cheklashi bilan bogʻlangan.

T_NI nematik tartibli fazadan izotrop fazaga oʻtish haroratini bildiradi. PETMP-40 uchun 72.86 °C, PETMP-20 uchun 62.23 °C qayd etilgan. Tadqiqotchilar bu oʻzgarishni oʻzaro tikilish nuqtalari sonining zanjir tartibsizlanishi uchun zarur energiyaga taʼsiri bilan bogʻlagan.

Termogravimetrik tahlilda PETMP-0, PETMP-20 va PETMP-40 namunalari taxminan 300 °C dan pastda asosan barqaror qolishi qayd etilgan. Bu natija tajriba tizimining termal tavsifiga tegishli; materialning barcha foydalanish sharoitlarida uzoq muddatli chidamliligini isbotlamaydi.

PETMP-40-IRG819 qanday tayyorlangan?

Fototermal xususiyatlarni yaxshilash va qolgan erkin akrilat guruhlarining polimerlanishini davom ettirish maqsadida PETMP-40 formulasiga IRG819 fotoinitsiatori qoʻshilgan. Ishlatilgan aralashma:

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

Aralashma xona haroratida 10 daqiqa ultratovush bilan dispersiyalangan, 4 cm × 4.0 cm × 1.3 cm oʻlchamli PTFE qolipga oʻtkazilgan va xona haroratida 24 soat dastlabki oʻzaro tikilishga qoldirilgan. Soʻng plyonka 15 daqiqa UV ostida fotopolimerlangan. Qolgan IRG819 ni chiqarib tashlash uchun suvsiz etanol bilan yuvilib, xona haroratida vakuum ostida doimiy massagacha quritilgan. Yakuniy LCE plyonkasining qalinligi taxminan 2 mm deb qayd etilgan.

PETMP-40-IRG819 namunasining T_g qiymati 7.45 °C gacha koʻtarilgan. Manba bu oʻzgarishni yuqoriroq oʻzaro tikilish zichligi zanjir harakatini cheklashi bilan bogʻlaydi. T_NI oʻtishiga oid choʻqqi esa kengayib, zaiflashgan va aniqligini yoʻqotgan.

Fototermal javob

PETMP-0, PETMP-20 va PETMP-40 namunalari 365 nm UV nuri ostida taqqoslangan. Bir xil nurlantirish sharoitlarida PETMP-40 dastlabki uch formula orasida eng aniq fototermal harorat oshishini koʻrsatgan. PETMP-40-IRG819 tayyorlangandan keyin bu namuna ham tez harorat oshishini koʻrsatishi aniqlangan va tadqiqotning qolgan tajribalarida LCE qatlami sifatida PETMP-40-IRG819 ishlatilgan.

Manba 2D-rasmida UV intensivligi oshgani sari harorat koʻtarilishi kattalashishi koʻrsatilgan. Egri chiziqlar 50, 150 va 250 mW/cm² yorugʻlik intensivliklarini taqqoslaydi. Manba matni bu bogʻlanishni yorugʻlik intensivligi–issiqlik hosil boʻlishi oʻrtasidagi ijobiy bogʻlanish sifatida talqin qiladi. Grafik egri chiziqlaridan bu yerda yangi oraliq harorat qiymatlari chiqarilmagan.

PDMS-silikon moyi qatlamini tayyorlash

PDMS prekursor va qotiruvchi modda 10:1 massa nisbatida yaxshilab aralashtirilgan. Aralashma kvadrat PTFE qolipga quyilgan, gaz pufakchalari chiqarilgandan soʻng 70 °C lik isitkich ustida 1 soat qotirilgan. Hosil boʻlgan PDMS plyonka qolipdan chiqarilgan.

PDMS plyonka keyin silikon moyiga toʻliq botirilgan holda 24 soat saqlangan. Plyonka chiqarilgach ortiqcha moy oqib ketishi uchun tik holatda qoldirilgan. Shu tariqa sirtida moylovchi qatlam boʻlgan, taxminan 1.5 mm qalinlikdagi PDMS-silikon moyi plyonkasi olingan.

Ushbu plyonka LCE qatlami ustiga joylashtirilib, PDMS-silikon moyi/LCE kompozit sirti hosil qilingan. Tomchi bevosita LCE ustida emas, balki yuqoridagi ishqalanishi past, moylangan PDMS sirti ustida harakatlanadi; LCE esa pastdan fototermal issiqlik manbai vazifasini bajaradi.

Sirpanish burchagi sirt tanlovini qanday belgilagan?

Sirpanish burchagi — sirt qiyalatilganda tomchi harakatlana boshlaydigan qiyalik burchagi. Kichik sirpanish burchagi, odatda, tomchi harakatiga qarshi sirt qarshiligi pastroq ekanini koʻrsatadi. Manba 3-rasmida berilgan qiymatlar quyidagicha:

Bu taqqoslash faqat LCE ning fototermal xususiyati yetarli emasligini aniq koʻrsatadi. Energiya/kuch manbai va past sirt qarshiligi alohida funksiyalar sifatida bir xil kompozit tizimda birlashtirilishi kerak boʻlgan.

Tomchi harakati tajribasining shartlari

• Tomchi: 5 µL deionizatsiyalangan suv.
• Sirt: PDMS-silikon moyi/LCE kompoziti.
• Yorugʻlik toʻlqin uzunligi: 365 nm UV.
• Yorugʻlik intensivligi: 250 mW/cm².
• Nurlantirish joyi: Tomchining chap tomoni.
• Harakat yoʻnalishi: Nurlantirilmagan hudud tomonga.
• Kuzatilgan masofa: 16 mm.
• Kuzatilgan vaqt: taxminan 34 s.
• Manbada qayd etilgan oʻrtacha tezlik: 0.47 mm/s.

Vizual kuzatish maqsadidagi tegishli tajribalarda tomchiga qora pigment qoʻshilgan. Mahalliy nurlantirish boshlanganda chap tomonda harorat koʻtarilgan va tomchi turgʻun holatdan harakatlanuvchi holatga oʻtgan. UV manbai oʻchirilganda harakat qisqa vaqt ichida toʻxtagan.

Nazorat tajribalari

Manba mexanizmini Verianla uchun qayta qurish

Tenglama 1 — Young tenglamasi

Formula nimani tushuntiradi? Young tenglamasi tomchining kontakt burchagi bilan turli fazalararo sirtlarning tarangliklari oʻrtasidagi muvozanatni bogʻlaydi. Tadqiqotda ushbu tenglama mahalliy harorat oʻzgarishi fazalararo tarangliklardan birini oʻzgartirganda tomchi kontakt burchagi nega oʻzgarishi mumkinligini tushuntirish uchun ishlatilgan.

• γ_la: suyuqlik–havo fazalararo tarangligi.
• γ_oa: moy–havo fazalararo tarangligi.
• γ_ol: moy–suyuqlik fazalararo tarangligi.
• θ: kontakt burchagi.

Fazalararo tarangliklarning SI birligi N/m; kontakt burchagi burchak kattaligidir. Tenglamada cosθ oʻlchamsiz, shuning uchun γ_lacosθ hadi ham N/m oʻlchamiga ega va tenglamaning ikki tomoni oʻlcham jihatidan mos keladi.

UV nuri A tomonidagi LCE ni qizdirganda manba tadqiqotning mexanizm tavsifiga koʻra bu hududda γ_oa(A) kamayadi va unga mos ravishda kontakt burchagi θ_A ortadi. Nurlantirilmagan B tomonida pastroq harorat saqlanadi. Natijada boshlangʻich θ_A = θ_B muvozanati buzilib, θ_A > θ_B holatiga oʻtiladi.

Tenglama 2 — Hoʻllanish gradientidan kelib chiqadigan Young kuchi

Formula nimani hisoblaydi? Manbada F_Y tomchining ikki tomonidagi kontakt burchaklari farqlanganda paydo boʻladigan hoʻllanish gradienti tufayli yuzaga keladigan harakatlantiruvchi kuchning taxminiy ifodasidir.

• F_Y: Young/hoʻllanish gradienti kuchi; kuch birligi N.
• R: tomchining xarakterli radiusi; uzunlik birligi m.
• θ_A: nurlantirilgan va issiqroq A tomonidagi kontakt burchagi.
• θ_B: nurlantirilmagan B tomonidagi kontakt burchagi.
• γ_la: suyuqlik–havo fazalararo tarangligi; N/m.

Oʻlcham jihatidan R × γ_la = m × N/m = N boʻlgani uchun ifoda kuch beradi. θ_A va θ_B farq qilmasa kosinuslar farqi nolga yaqinlashadi va ushbu kuch komponentining harakatlantiruvchi taʼsiri yoʻqoladi. Shu sababli tadqiqotdagi asosiy mexanizm kontakt burchagining faqat qiymatiga emas, balki tomchining ikki tomoni orasidagi assimetriyaga asoslanadi.

Tenglama 3 — Marangoni kuchi

Formula nimani hisoblaydi? F_M haroratning joylashuv boʻyicha oʻzgarishi tufayli suyuqlik–havo sirt tarangligida hosil boʻladigan gradientning tomchi ustida yuzaga keltiradigan taxminiy Marangoni kuchini bildiradi.

• F_M: Marangoni kuchi; N.
• R: tomchining xarakterli radiusi; m.
• dγ_la/dT: suyuqlik–havo sirt tarangligining haroratga sezgirligi; taxminan N/(m·K).
• dT/dx: sirt boʻylab harorat gradienti; K/m.

Oʻlcham tahlilida R² × [N/(m·K)] × [K/m] = N olinadi. Shunday qilib, ifoda kuch oʻlchamiga ega.

Ushbu tenglamada ikki hosilaning koʻpaytmasi muhim. Agar sirt tarangligi haroratdan taʼsirlanmasa dγ_la/dT kichrayadi; sirt boʻylab harorat farqi boʻlmasa dT/dx kichrayadi. Har ikki holatda ham haroratga bogʻliq Marangoni itarishi kamayadi. Bu tushuntirish tenglamaning matematik tuzilishidan kelib chiqadi; manbada qoʻshimcha ravishda UV bilan hosil qilingan harorat gradientiga bogʻliq Marangoni oqimi boʻyoq kuzatuvchisi yordamida kuzatilgan.

Harakat uchun kuchlar muvozanati

Manba tadqiqotning mexanizm tahlilida tomchi harakatlana boshlashi uchun quyidagi shart qoʻllanilgan:

Bu yerda F_H sirtning tomchi harakatiga qarshi koʻrsatadigan qarshilik kuchidir. Bu bogʻlanish tadqiqot nega ham LCE, ham juda sirpanchiq PDMS-silikon moyi qatlamiga muhtojligini tushuntiradi. LCE F_Y va F_M ni yuzaga keltiradigan harorat/hoʻllanish assimetriyasini taʼminlaydi; moylangan PDMS esa F_H ni kamaytiradi. Harakatlantiruvchi kuchlar sirt qarshiligidan osha olmasa, harorat koʻtarilgan boʻlsa ham tomchi harakatlanmasligi mumkin.

Haroratning suv kontakt burchagiga taʼsiri

25 °C dan 55 °C gacha koʻtarilganda statik kontakt burchagining 98.2° dan 106.2° gacha ortishi harorat moylangan PDMS sirtidagi tomchi geometriyasini oʻzgartira olishini qoʻllab-quvvatlaydi. Tadqiqotchilar bu kuzatuvni LCE manbali mahalliy harorat oshishi tomchining ikki tomonida kontakt burchagi assimetriyasini hosil qila olishining eksperimental asoslaridan biri sifatida ishlatgan.

Tomchilarni birlashtirish tajribasi

Tadqiqotda bitta tomchi harakatidan tashqari ayni tizimda ikkita 5 µL tomchi ishlatilgan. Yorugʻlik boʻlmaganda ikki tomchi harakatsiz qolgan. Birinchi tomchiga mos yoʻnalishda UV qoʻllanishi tomchini ikkinchi tomchi tomon siljitgan va ikki tomchi birlashgan.

Birlashish natijasida hosil boʻlgan taxminan 10 µL tomchi UV nuri davom etgan paytda harakatini davom ettirib, 25 soniyada 7 mm masofa bosgan. Manba oʻrtacha harakat tezligini taxminan 0.28 mm/s deb qayd etadi. UV nuri toʻxtatilganda birlashgan tomchi ham toʻxtagan.

Ikki tajriba oʻrtasidagi tezlik farqi manba talqinida tomchi hajmi tashish tezligiga taʼsir qilishi mumkinligini koʻrsatadi. Biroq faqat ushbu ikki hajmdan umumiy tezlik–hajm munosabatini chiqarish yoki matematik masshtablash qonunini tuzish manba tomonidan qoʻllab-quvvatlanmaydi.

Noaniqlik va statistika nuqtayi nazaridan nimalarni bilamiz?

Manba 2-rasmda fototermal harorat egri chiziqlari uchta mustaqil oʻlchovning oʻrtachasini koʻrsatishi va ularning atrofidagi soyali maydonlar standart ogʻishni (SD) ifodalashi qayd etilgan. Biroq manba barcha vaqt nuqtalaridagi xom sonli harorat qiymatlarini matn yoki jadval koʻrinishida bermaydi. Shu sababli Verianla matnida grafikdan yangi aniq harorat qiymatlari chiqarilmagan.

Sirpanish burchagi va kontakt burchagi tasvirlarida ± qiymatlar qayd etilgan. Manbada, shuningdek, keng qamrovli gipoteza testi, p-qiymati yoki effekt kattaligi tahlili qayd etilmagan. Ushbu tadqiqot asosan material tayyorlash, sirt tavsiflash, nazorat tajribalari va fizik mexanizmni namoyish etishga asoslangan.

Tadqiqotning asosiy kuchli tomonlari

• Fototermal nanozarrachalarni tomchi ichiga qoʻshmasdan yoʻnaltirilgan harakat koʻrsatilgan.
• Tomchi harakatini faqat UV mavjudligi bilan izohlab qoʻymaslik uchun turli sirt nazorat tajribalari ishlatilgan.
• LCE ning fototermal xatti-harakati termal tasvirlash orqali baholangan.
• Past sirt qarshiligi sirpanish burchagi oʻlchovlari bilan miqdoriy taqqoslangan.
• Harorat–kontakt burchagi munosabati alohida tajribalar bilan oʻrganilgan.
• Marangoni oqimini qoʻllab-quvvatlash uchun boʻyoq kuzatuvchisi kuzatuvi ishlatilgan.
• Bitta tomchini tashish bilan birga ikki tomchini birlashtirish ham koʻrsatilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari

• Tajribalar laboratoriya miqyosida tayyorlangan kompozit sirtlarda oʻtkazilgan.
• Asosiy harakat tajribasida 5 µL deionizatsiyalangan suv tomchisi va maʼlum UV sharoitlari ishlatilgan; turli suyuqliklar uchun umumiy samaradorlik koʻrsatilmagan.
• Asosiy UV harakat sharti 365 nm va 250 mW/cm²; boshqa yorugʻlik manbalari bir xil tashish samaradorligini taʼminlashi koʻrsatilmagan.
• Manba barcha mumkin boʻlgan tomchi hajmlari uchun tezlik–hajm munosabatini oʻrnatmagan.
• Uzoq muddatli siklik chidamlilik yoki koʻp marta takrorlanuvchi tashish sikllaridagi samaradorlik batafsil qayd etilmagan.
• Haqiqiy mikrofluidik qurilma, biologik namuna, dori yoki hujayra tashish samaradorligi sinovdan oʻtkazilmagan.
• Tumanni yigʻish, oʻz-oʻzini tozalash va muzlanishning oldini olish qoʻllanmalari ushbu tadqiqotda eksperimental qoʻllanma sifatida tasdiqlanmagan.
• Kelajak uchun taklif qilingan dasturlanuvchi LCE deformatsiyasi va naqshli yorugʻlik bilan koʻp tomchini boshqarish hozirgi tadqiqotning amalga oshirilgan natijasi emas.

Tadqiqotning toʻgʻri ilmiy xulosasi

Ushbu tadqiqotning asosiy xulosasi shuki, oʻzaro tikilgan LCE ning mahalliy UV nurlantirish ostida hosil qiladigan fototermal harorat gradienti silikon moyi bilan moylangan, ishqalanishi past PDMS sirti bilan birgalikda ishlatilganda suv tomchilarini yoʻnaltirilgan tarzda tashishni taʼminlashi mumkin. Manba tajribalari faqat fototermal qizish yoki faqat past ishqalanishning yetarli emasligini; ikki taʼsir birgalikda ishlashi zarurligini qoʻllab-quvvatlaydi.

Ushbu mexanizmda yorugʻlik bilan qizdirilgan hududda kontakt burchagi muvozanati buziladi, hoʻllanish gradientiga bogʻliq Young kuchi va harorat tufayli sirt tarangligi gradientiga bogʻliq Marangoni kuchi birgalikda harakat yoʻnalishiga hissa qoʻshadi. Tomchi harakati ushbu kuchlarning sirt qarshiligidan oshishi bilan bogʻlanadi.

Tadqiqot kontaktsiz va yorugʻlik bilan boshqariladigan aqlli sirtlar uchun eksperimental yondashuvni taqdim etadi. Biroq tadqiqot kelajak uchun taklif qilgan tumanni yigʻish, oʻz-oʻzini tozalash, muzlanishning oldini olish yoki murakkabroq koʻp tomchili amallar ushbu maqolada tasdiqlangan qoʻllanmalar emas, balki keyingi tadqiqotlar uchun ehtimoliy yoʻnalishlardir.

Manba va Usul Haqida Izoh

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

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

Masʼul mualliflar: Yanping Deng va Jiawen Chen.

Teng hissa: Manba maqolada teng hissa/teng birinchi mualliflik bayonoti koʻrsatilmagan.

Muassasalar: 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.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Bibliografik yozuv: Chemistry 2026, 8(9), 116.

DOI: 10.3390/chemistry8090116

Rasmiy havola: https://doi.org/10.3390/chemistry8090116

Maqola vaqt jadvali: Received: 20 iyul 2026; Revised: 13 avgust 2026; Accepted: 23 avgust 2026; Published: 26 avgust 2026.

Manba turi va taqriz holati: Chemistry jurnalida chop etilgan tadqiqot maqolasidir. Chemistry — MDPI tomonidan nashr etiladigan xalqaro taqrizli ochiq kirishli kimyo jurnali.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY) ochiq kirish litsenziyasi.

Preprint holati: Koʻrib chiqilgan manba PDF da preprint versiyasi yoki preprint identifikatori koʻrsatilmagan.

Tadqiqot turi: Eksperimental polimer/materialshunoslik, sirt va fazalararo fan, fototermal tavsiflash hamda laboratoriya miqyosidagi tomchi manipulyatsiyasi.

Moliyalashtirish: National Key R&D Program of China, loyiha raqami 2020YFE0100200; Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation, loyiha raqami 2025A1515011287.

Maʼlumotlarning mavjudligi: Tadqiqot natijalarini qoʻllab-quvvatlovchi maʼlumotlarni asosli soʻrov boʻyicha masʼul muallifdan olish mumkinligi koʻrsatilgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini bayon qilgan.

Mualliflar hissasi: Shuhua Li: tajriba dizayni, tajribalarni bajarish, maʼlumotlarni olish va dastlabki qoralamani yozish. Yan Lin: tajribalarning bir qismini bajarish va maʼlumotlarni olish. Yanping Deng: koʻrib chiqish va tahrirlash. Jiawen Chen: yozish, koʻrib chiqish va maqolani yakunlash. Barcha mualliflar nashr etilgan versiyani oʻqib, tasdiqlagan.

Qoʻshimcha materiallar: Manba tadqiqotning qoʻshimcha materiallarida FTIR spektrlari, turli sirtlarda tomchi harakati, LCE va PDMS qalinligi tasvirlari, turli LCE namunalarining fototermal IR videolari, turli yorugʻlik intensivliklari, sirpanish burchaklari, nazorat sirtlari, bitta tomchi harakati, Marangoni oqimi va ikkita 5 µL tomchining birlashishiga oid videolar hamda PETMP-0/PETMP-20/PETMP-40 tarkib jadvali mavjud.

Asosiy metodologik cheklov: Tadqiqot 365 nm UV bilan laboratoriya miqyosidagi kompozit sirtda oʻtkazilgan boshqariladigan tomchi tajribasidir. Natijalarni boshqa suyuqliklarga, boshqa yorugʻlik manbalariga, sanoat qoʻllanmalariga yoki biologik/klinik tashish tizimlariga avtomatik umumlashtirib boʻlmaydi. Kelajakdagi qoʻllanish sohalari manba mualliflarining istiqboliy takliflari boʻlib, hozirgi tajribada tasdiqlangan natijalar emas.