Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение
Внимание! эта страница распознана автоматически, поэтому мы не гарантируем, что она не содержит ошибок. Для того, чтобы увидеть оригинал, Вам необходимо
Если Вы являетесь автором данной книги и её распространение ущемляет Ваши авторские права или если Вы хотите внести изменения в данный документ или опубликовать новую книгу свяжитесь с нами по по .
Страницы: 1 2 3... 216 217 218 219 220 221 222
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава 10. Интеллектуальные структуры в
природе |
|
|
|
|
|
Жидкие кристаллы образуют целый
ряд упорядоченных структур из относительно простых молекул, причем
возможны переходы от одного типа структуры к другой (рис. 10.15) в
ответ на изменение внешних условий (например, концентрации соли,
температуры, рН среды и т.д.). Жидкие кристаллы удовлетворяют общему
критерию, предъявляемому к биосистемам, а именно их действие достигается с
минимальным расходом энергии. Например, энергия перехода из нематической
жидкокристаллической структуры (в которой стерж-необразные молекулы
ориентированы параллельно) в спиралевидную (в которой стержни расположены
слоями, ориентированными под определенным углом друг к другу) при толщине
слоев 1 мкм в 105 раз меньше, чем энергия перехода в
нематическое состояние из неупорядоченной системы. Образование
нематической структуры с энергетической точки зрения часто более
выгодно, если молекулы ориентируются перпендикулярно поверхности
подложки. В биологии с энергетической точки зрения самоупоряченные системы
более выгодны по сравнению с материалами, которые не имеют
собственного порядка, и поэтому нуждаются в ферментативном управлении и
подводе энергии. Как следствие, жидкокристаллические структуры в
биологии распространены чрезвычайно широко. Некоторой проблемой
является неисследованность механизмов их появления в биосистемах.
Клетка стремится образовать жидкокристаллическую морфологическую
структуру, внутренним свойством которой является ее стабильность.
Технические жидкокристаллические материалы имеют особые оптические
(например, цвет или двулучепреломление), а также диэлектрические и
механические свойства (реологические или упругие) и т.д.
Схожесть жидкокристаллических
структур и кутикулы насекомого впервые заметили зоолог Чарльз Невилл и
химик Конмар Робинсон в 1967 году [29]. В частности, похожи их оптические
свойства. В кутикуле продольные и спиралевидные волокнистые структуры
обладают двулу-чепреломлением подобно жидкокристаллическим нематикам.
Различие состоит в том, что в жидком кристалле структура определяется
молекулярным уровнем, а в кутикуле насекомого - субмикроуровнем.
Разница масштабных уровней составляет по крайней мере два десятичных
порядка величины.
Некоторые насекомые могут
обратимо изменять содержание воды в кутикуле, в результате чего изменяется
ее модуль упругости. Кровососущий клоп rhodnius способен снизить рН кутикулы от
7 до 6, в результате чего концентрация воды увеличивается с 26 до
31%. Как следствие, жесткость кутикулы снижается с 250 до 10 МПа, а ее
растяжимость возрастает от 10 до 100% [30, 31]. Это возможно благодаря
гидрофобно-сти белков кутикулы, что изменяет ее характеристики в
зависимости от концентрации воды [32]. |
|
|
|
|
|
|
|
Карта
|
|
|
|
|
|
|
|
Страницы: 1 2 3... 216 217 218 219 220 221 222
Внимание! эта страница распознана автоматически, поэтому мы не гарантируем, что она не содержит ошибок. Для того, чтобы увидеть оригинал, Вам необходимо скачать книгу |
