Təsəvvür edin ki, sufle bişirmək tapşırığı verilir, ancaq heç bir ölçmə və ya temperatur olmadan inqrediyent siyahısı təqdim olunur.

Mükəmməl sufle bişirmək çox güman ki, çoxlu vaxt, səy və inqrediyent tələb edəcək. Bu, sınaq və səhv tələb edəcək – inqrediyent ölçmələrini tənzimləmək, temperaturu və bişirmə müddətini dəyişdirmək – amma qarışdırma qabına hər hansı bir şey daxil olmamışdan əvvəl son məhsulu təxmin edə bilən bir modeliniz olsaydı nə olardı? Bu, nəinki həftəlik vaxta və resurslara qənaət edəcək, həm də suflenin niyə və necə qalxdığı və çökdüyü və ya fakturanın niyə gözlədiyiniz kimi alınmaması kimi faydalı təfərrüatlar verə bilər.

Beckman Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutunun tədqiqatçıları sufle bişirmək üçün kifayət qədər iş görmürlər. Bunun əvəzinə, materialların yeni tekstura və xassələrə səbəb olmaq üçün öz-özünə təşkili üzərində proqnozlaşdırıcı nəzarəti təmin etmək üçün polimer istehsalının kimyəvi “reseptini” araşdıran hesablama modeli hazırladılar.

“Bu o deməkdir ki, istehsalçılar laboratoriyada kimyəvi maddələri qarışdırmazdan əvvəl möhkəmliyi artırmaq, çəki azaltmaq və ya yeni funksiyaları təmin etmək üçün daxili naxışlarla materialları dizayn edə və simulyasiya edə bilər” dedi İllinoys Urbana-Chanampa Universitetinin Kimya Departamentinin fəxri sədri Cefri Mur.

Fənlərarası komandaya Grainger Mühəndislik Kollecinin icraçı dekan müavini və Aerokosmik Mühəndislik Departamentinin professoru, Mur və ilkin tədqiqatçılar Material Elmləri və Mühəndisliyi Departamentinin aspirantı Anna Cramblitt və Mühəndislik Departamentinin doktorluqdan sonrakı tədqiqatçısı Donald Bistri rəhbərlik edirdi. Onların işi Milli Elmlər Akademiyasının Materiallarında dərc olunur .

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749719256&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-chemical-storm-fronts-framework-enables.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749719255881&bpp=1&bdt=65&idt=92&shv=r20250610&mjsv=m202506090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2107023070967&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1995&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092898%2C31092920%2C95353387%2C95362656%2C42533294%2C95362795%2C95359265%2C95362807%2C95363069&oid=2&pvsid=4408562079498316&tmod=1158146187&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=159

Frontal polimerləşmə lokallaşdırılmış reaksiya dalğasını yaymaqla monomer alt hissələrini sürətlə polimer komplekslərinə çevirmək üsuludur. Polimer materiallara plastik, rezin və ya qatranlar daxildir. Mur bu prosesi fırtına cəbhəsi və onların hazırladıqları proqnozlaşdırıcı modeli fırtınanın gözlənilən yolunu təsvir edən meteoroloqun modelləşdirmə proqnozları ilə müqayisə edir.

Kimyəvi maddələrin maye qarışığı birləşir və istilik tətbiq edildikdə bərkə çevrilir, bu reaksiya hava cəbhəsi kimi yayılır. Bu texnika güclü əlaqəli reaksiya və nəqliyyat hadisələrini birləşdirən kimyəvi sistemdir.

Komanda, reaktiv emal vasitəsilə müxtəlif formalara və funksiyaya malik tənzimlənə bilən materiallar yaratmaq üçün yeni bir üsul kimi frontal üzük açan metatez polimerləşməsini və ya FROMP-u müəyyən etdi.

“Frontal polimerləşmə polimer materialları və müəyyən şərtlər altında təbiətdə olan yüksək performanslı materiallara uyğun dövri naxışlı materiallar hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər ” dedi Cramblitt.

Bunun əksinə olaraq, sintetik istehsal üsullarının digər növləri çox vaxt təbii sistemlərdə tapılan fövqəladə nümunələrin özünü təşkil etmə qabiliyyətinə malik olmayan əmək tutumlu və istifadəçi tərəfindən idarə olunan çox mərhələli üsulları tələb edir.

Naxışlar təbiətdə hər yerdə mövcuddur; dalğalı qum təpələri , qida və oksigen paylanmasını optimallaşdırmaq üçün fraktal budaqlardan istifadə edən ağaclar və qan damarları və ya DNT-də, dəniz qabıqlarında və qasırğalarda tapılan spiral nümunələr. Bu dizaynlar heç bir mərkəzi nəzarət olmadan kiçik komponentlərin qarşılıqlı təsirindən yaranır.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Bir çox ortaya çıxan nümunələr xüsusi funksiyalarla əlaqələndirilir. Məsələn, zebra üzərində olan işarələr termoregulyasiya və kamuflyajı təmin edir. Cırcırcanın qanadlarının sərt və çevik materialının alternativ bölgələri mürəkkəb hava manevrlərini təmin edən güclü, lakin uyğun qanadlara kömək edir.

Bioloji sistemlərdə baş verən müxtəlif davranışlardan ilhamlanaraq, tədqiqat qrupu frontal polimerləşdirilmiş sintetik materiallarda nümunə formalaşmasını anlamaq və induksiya etmək üçün inteqrasiya olunmuş hesablama və eksperimental çərçivə hazırlayıb .

“Çəkiləri tərəzidə tarazlaşdırmaq kimi, biz kimyəvi tarazlıqdakı kiçik dəyişikliklərin reaksiya kinetikası və istilik daşımaları arasında tarazlığı necə poza biləcəyini nümayiş etdiririk ki, nümunə meydana gəlməsini sürətləndirək. Bir növ, naxışlı materialların hazırlanması üçün yemək reseptini kəşf etdik” dedi Bistri.

FROMP, inhibə, başlanğıc və yayılma daxil olmaqla əsas polimerləşmə reaksiya mərhələlərinə dəqiq nəzarət etməyə imkan verir. Tədqiqatçılar hər addımda kimyanı araşdıraraq, tarazlıqdan uzaq kinetika ilə qoşalaşmış tarazlığa yaxın dinamikanın cəbhədən polimerləşmiş sintetik materiallarda naxış formalaşmasına səbəb olduğunu aşkar etdilər.

Tədqiqatçılar polimerləşmə zamanı nümunənin formalaşmasını “qaplayan” və ya nəzarət edən xüsusi kimyəvi tarazlığı təyin etdilər.

Bu halda, tədqiqatçılar ekzotermik, öz-özünə davam edən reaksiyaları idarə etmək üçün FROMP sistemlərində kimya və termodinamikadan istifadə etdilər. İstilik istehsalı, reaksiya kinetikası və istilik nəqli arasındakı tarazlıq vahid material yaratmaq üçün davamlı şəkildə yayılan reaksiya cəbhəsi ilə nəticələnir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=1092384543&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749719256&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-chemical-storm-fronts-framework-enables.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS4xMDMiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNy4wLjcxNTEuMTAzIl0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749719255881&bpp=1&bdt=65&idt=119&shv=r20250610&mjsv=m202506090101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749718956%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=2107023070967&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=4107&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092898%2C31092920%2C95353387%2C95362656%2C42533294%2C95362795%2C95359265%2C95362807%2C95363069&oid=2&pvsid=4408562079498316&tmod=1158146187&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=163

Kimya və ya istilik girişi dəyişdirildikdə, tarazlıq pozulur, bu da polimerləşmə prosesi zamanı materialın mikro və makro strukturunu dəyişdirən qeyri-bərabər yayılma cəbhəsi ilə nəticələnir.

Məsələn, vahid sərtlik materialı istehsal etmək əvəzinə, material sərt və yumşaq polimer materialdan alternativ lentlərə sahib olmaq üçün hazırlana bilər.

Tədqiqatlarını bir addım daha irəli apararaq, komanda cəbhədən polimerləşdirilmiş sintetik materiallarda yaranan davranışın kimyəvi mənşəyini anlamaq üçün reaksiya kinetikasının prinsiplərinə əsaslanan mexanizmə əsaslanan FROMP modelini yaratmaq üçün hesablama modelləşdirməsini birləşdirdi.

Beləliklə, mükəmməl sufle əldə etmək üçün min sufle bişirməkdənsə, komandanın modeli inqrediyentlər qarışdırma qabına toxunmazdan əvvəl reseptdə və bişirmə temperaturunda dəyişikliklərin son məhsula necə təsir edəcəyini proqnozlaşdırır.

“Sistemi təkmil başa düşməyimizin imkan verdiyi dizayn azadlığı üçün həyəcanlıyam. Düşünürəm ki, bu, bir çox yeni təcrübələr üçün qapılar açacaq. Mən geniş xassələrə malik materiallarda naxışlar yaratmağı və onların davranışını xarakterizə etməyi səbirsizliklə gözləyirəm”, – Kramblit bildirib.

Komanda daha yüksək möhkəmliyə nail olmaq üçün təbii materialları təqlid edən tənzimlənən xüsusiyyətlərə malik naxışlı materiallar yaratmaq üçün öz tapıntılarından istifadə etməyə ümid edir.

Massaçusets Texnologiya İnstitutunun tədqiqatçıları Rafael Qomez-Bombarelli və Lauren Çua ilə əməkdaşlıq edərək, sıxlıq funksional nəzəriyyə modelləşdirməsini yaxşı bilən Geubelle öz DFT modelləşdirməsini yeni hazırlanmış FROMP fenomen modelləşdirməsi ilə birləşdirərək müxtəlif müxtəlif materiallarda naxışlar hazırlamaq və əmlak üçün geniş dizayn sahəsi açmağa ümid edir.

Modelləşdirmə sistemi resept təlimatı ilə müqayisə oluna bilər, halbuki DFT inqrediyent məlumatı ilə daha müqayisə edilə bilər. Resept, hər bir molekulyar komponentin enerjisi kimi inqrediyentlər haqqında təfərrüatlardan istifadə etməklə kalibrlənməlidir.

“Bu iş vasitəsilə biz davamlı materialların hesablama əsaslı dizaynı üçün atomistik miqyası kontinuumla əlaqələndirməyin dadını əldə edirik. İndi biz bu kimyəvi cəbhələrə səbəb olan katalizator, monomer və inhibitor de novo-nun yeni formulalarını kəşf edə bilərik” dedi Chua.

Bu genişləndirilmiş dizayn sahəsi reaktiv, özünü təşkil edən sistemlər yaratmaq üçün çevikliyi artırır və tədqiqatçılara təkmilləşdirilmiş funksionallıqla davamlı, bioinspired materialları hazırlamaq üçün fikirlər təqdim edir.

Daha çox məlumat: Donald Bistri və digərləri, Tarazlıq qapalı nümunənin formalaşması: Molekulyar dissosiasiya termodinamikasının dissipativ polimer sistemlərində fövqəladə davranışı necə idarə etməsi, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2025). DOI: 10.1073/pnas.2503176122

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları 

Beckman Qabaqcıl Elm və Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilmişdir