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

В своем изобретении исследователи использовали мембраны из жёсткого пластика, содержащие регулярные микропоры. Последние были сделаны с использованием технологии нейтронного облучения. Затем 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. Обработка образца в центрифуге позволила убрать излишки смеси.

Полученная мембрана (на фото рядом с анонсом 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.

Рис. 1. 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.

Рис. 2. 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.

Результаты исследований опубликованы в журнале:

E. Głowacki, K. Horovitz, C. W. Tang, and K. L. Marshall Photoswitchable Gas Permeation Membranes Based on Liquid Crystals. – LLE Review. – 2010. – V.102. – P. 63–72.

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам