不稳定性

拥有主动变形能力的三维可变形结构在自然界中广泛存在，可有效提高生物对复杂环境的适应性。受这一特性启发，研究人员已开发了多种基于水凝胶、液晶高分子、硅胶弹性体等的软材料体系，在外界不同条件的刺激下（如化学溶剂、温度、酸碱度、光等），实现了各式三维结构的可控形貌变换（Nature 2021, 592, 386；Nature 2019, 573, 205；Nature 2017 , 546, 632)。 但是，目前已有的方案主要基于软材料形貌的准静态调制，如何实现多种尺度下多模态各向异性形貌与结构的动态调控，非常具有挑战性。近期，香港中文大学张立教授团队与哈尔滨工业大学（深圳）金东东副教授，联合香港城市大学张甲晨教授、中国科学技术大学王柳教授，提出了一种新型的软材料结构动态形貌调控方法。该团队结合硬磁性颗粒与弹性体制备得到磁性弹性体，并使其在一端受限的条件下溶胀产生可控的屈曲结构，接着加以磁化形成各向异性的三维磁畴分布。得到的磁性弹性体在外界可编程磁场的驱动下，能够实现多模态三维形貌的动态可控变换，在微流体操纵、软体机器人等领域中具有广阔的应用前景。相关研究成果以 “Dynamic morphological transformations in soft architected materials via buckling instability encoded heterogeneous magnetization” 为题发表在国际著名期刊《Nature Communications》。 图 1. 条带形与晶格状磁性弹性体的动态形貌调控示意图。如图1所示，该研究首先将未充磁的钕铁硼微颗粒掺入硅胶弹性体前驱体中，在亲水修饰的玻璃基底上固化形成一端固定的条形或晶格结构。接着将其置于与硅胶极性相似的有机溶剂中（如甲苯、正己烷等），由于溶剂分子被弹性体吸收并扩散至高分子网络中，引发磁性弹性体的溶胀行为。但是，由于一端受到基板约束，磁性弹性体溶胀形成的轴向压缩力只能使其非均质变形，最终产生屈曲结构。屈曲结构的具体三维形貌可通过弹性体的三维尺寸、人造缺陷乃至晶格连接方式进行精准调控。此后，将屈曲变形的磁性弹性体置于强脉冲磁场下（约2.5T）磁化，再浸泡于不相溶的溶剂中（如乙醇）收缩至原始的条形或晶格结构，能够得到一定程度上“记忆”屈曲变形形貌的三维磁畴分布。此时，施加不同强度、方向或梯度的外加驱动磁场，磁性弹性体基于内部磁畴与外加磁场的磁偶极相互作用，便可产生如波浪、褶皱等的多模态动态三维变形。这种基于不稳定性屈曲变形设计并排布软材料内部磁畴取向（即“磁编程”）的方法，无需额外的模板设计与辅助，便可快速实现各向异性的非均匀磁化分布的。结合外加可调制磁场的精准驱动，能够产生自由度远超准静态形貌调制的多模态动态形貌变换。此外，如图2所示，为了阐明磁性弹性体的调控机制，该研究团队开发了一套分析模型与有限元计算方法，在条形和晶格结构屈曲变形、充磁乃至磁控变形的过程中，可有效反映并预测各参数对动态形貌的影响行为，可为今后磁性软体材料的设计和开发提供一定参考。 图 2. 屈曲变形编码的磁性弹性体的理论分析模型。（a-b）条带形与晶格状磁性弹性体的屈曲变形模型。（c-d）条带形磁性弹性体的理论与实际屈曲变形行为。（e）条带形磁性弹性体的磁化与磁驱动变形模型。（f-g）条带形磁性弹性体在不同几何尺寸与连接条件下的理论与实际屈曲变形行为。（h-i）条带形磁性弹性体的理论与实际磁畴取向分布。（j）条带形磁性弹性体的理论与实际磁驱动变形行为。最后，通过利用各式屈曲变形产生的不同微流体行为（如定向流体、混合流体、涡流），该研究结合高精度3D打印技术（nanoArch S130，摩方精密）制备的微型模板、微流控芯片和尺寸定制的微颗粒，成功将磁性弹性体用于液滴的可控融合与精准操控（图3），颗粒的尺寸筛选，微液滴的富集检测，微流控的混合增强，以及软体机器人的可控驱动（图4）。总之，香港中文大学张立教授团队与哈尔滨工业大学（深圳）金东东副教授提出了一种利用屈曲不稳定现象编码的新型磁编程方式，用以实现软材料结构形貌的动态调控，为今后磁性软材料跨尺度的多模态变形行为提供了一种研究手段，有助于今后更好地理解自然界中复杂形貌变换的潜在机制，拓展可变形结构在格式工程领域的应用价值。 图 3. 屈曲变形编码的条形磁性弹性体在外加驱动磁场下的动态行为。a-c. 不同磁场参数下产生的不同微流体分布。d-e. 在液滴融合与可控运输中的应用。 图 4. 屈曲变形编码的磁性弹性体在微颗粒尺寸筛选（a），微液滴富集检测（b），微流控辅助混合（c），软体机器人运动控制（d）中的应用示例。

p style=" text-align: right text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px " 清华大学王哲教授团队最近在Frontiers of Physics发表的一篇论文[1]揭示了激光诱导击穿光谱分析中信号不确定性产生的物理机理。 /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong span style=" font-family: & quot times new roman& quot font-size: 18px " Vincenzo Palleschi /span /strong /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " Applied and Laser Spectroscopy Laboratory, Institute of Chemistry of Organometallic Compounds, Research Area of CNR, Via G. Moruzzi, 1–56124 Pisa, Italy /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " E-mail: vincenzo.palleschi@cnr.it /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 整整20年前，我在意大利比萨（Pisa, Italy）组织召开了第一届国际激光诱导击穿光谱（Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）会议，这一活动首次将LIBS研究同仁聚集在一个国际会议上，极大地推动了激光诱导等离子体光谱领域的研究[2]，以及该技术在工业诊断[3]、环境检测[4]、生物医学[5]、文化遗产[6]等领域的应用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 事实上，LIBS技术具有许多独特的特点，包括设备简单可靠、无需对样品进行任何处理即可检测等优点，这使其成为快速原位分析应用的极佳选择[7]；另一方面，LIBS的实验室分析应用并没有与实验室外应用以相同的速度增长，LIBS等离子体远未达到光谱分析测量的理想状态，它们在其存在周期的大部分时间内都是非稳定、不均匀和非热平衡的[8]。自吸收[9]和基体效应使得光谱发射强度与分析物浓度之间的关联变得困难，而使用激光来烧蚀和激发样品极大地限制了分别优化这两个过程的可能性。测量过程中极小的烧蚀质量导致了强烈的信号波动，同时对于大多数感兴趣的应用中，分析元素的检出限较高。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在过去的20年里，一些重要的研究表明，为了提高LIBS技术在实验室中的性能，需要更好地理解激光-样品和激光-等离子体相互作用的机理。1998年，加拿大的Sabsabi教授团队提出了在LIBS分析中使用脉冲序列[10]来提高信背比的想法；1999年，我们在比萨提出了一种新的免标准样品LIBS分析方法，称为免定标LIBS（CF-LIBS）[11-13]，以克服基体效应和自吸收效应；2013年，意大利的De Giacomo教授团队提出了使用金属纳米粒子[14,15]来增强LIBS信号并改善其分析性能的想法。这三项提高实验室LIBS分析能力的关键改进方法是在北美和欧洲发展起来的，这反映了这样一个事实：直到21世纪的头十年，LIBS研究主要由美国、加拿大和欧洲国家主导。然而，情况在2014年开始发生变化，当时LIBS国际会议首次走出美国和欧洲-地中海地区，抵达中国北京。LIBS-2014国际会议的成功举办证明了亚洲地区在LIBS基础研究和应用方面取得了巨大进展。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 清华大学王哲教授所在的团队在Frontiers of Physics上发表的论文[1]是其多年来辛勤工作的成果，经过这些年的努力，清华大学LIBS实验室已经成为世界上最具影响力LIBS研究团体之一。王哲教授建立了一个LIBS历史上最为先进和昂贵的实验室，可能仅次于LIBS在火星空间应用实验室[16]。他和他的同事们使用了三个增强型CMOS相机对激光诱导等离子体进行成像，另外一个相机连接到阶梯型光谱仪上进行时间分辨光谱采集，这使得他们能够以更清晰的方式研究等离子体演化及其对LIBS信号的影响规律。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这个令人印象深刻的实验证明了在激光脉冲激发样品产生等离子体后约140~170 ns的关键时间处，等离子体中开始出现不稳定性[1]。作者指出这种不稳定性是LIBS分析应用中信号波动和不确定性的主要来源。他们还解释了这种不稳定性的产生机制，即等离子体受激波反作用力的影响，在向内反弹的过程中，放大了早期阶段的微小形态变化，并导致不可避免的LIBS信号不稳定性(图1)。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/be0d4361-80d9-4e27-abd9-2b0161a328a1.jpg" title=" 微信图片_20201127170840.jpg" alt=" 微信图片_20201127170840.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 图1& nbsp 早期等离子体演化示意图及图像相关性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " References /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 1. Y. T. Fu, W. L. Gu, Z. Y. Hou, S. A. Muhammed, T. Q. Li, Y. Wang, and Z. Wang, Mechanism of signal uncertainty generation for laser-induced breakdown spectroscopy, Front. Phys. 16(2), 22502 (2021) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 2. S. M. Aberkane, A. Safi, A. Botto, B. Campanella, S. Legnaioli, F. Poggialini, S. Raneri, F. Rezaei, and V. Palleschi, Laser-induced breakdown spectroscopy for determination of spectral fundamental parameters, Appl. Sci. 10(14), 4973 (2020) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 3. S. Legnaioli, B. Campanella, F. Poggialini, S. Pagnotta, M. A. Harith, Z. A. Abdel-Salam, and V. Palleschi, Industrial applications of laser-induced breakdown spectroscopy: A review, Anal. Methods. 12(8), 1014 (2020) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 4. G. A. Lithgow, A. L. Robinson, and S. G. Buckley, Ambient measurements of metal-containing PM2.5 in an urban environment using laser-induced breakdown spectroscopy, Atmos. Environ. 38(20), 3319 (2004) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 5. R. Gaudiuso, N. Melikechi, Z. A. Abdel-Salam, M. A. Harith, V. Palleschi, V. Motto-Ros, and B. Busser, Laser-induced breakdown spectroscopy for human and animal health: A review, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 152, 123 (2019) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 6. A. Botto, B. Campanella, S. Legnaioli, M. Lezzerini, G. Lorenzetti, S. Pagnotta, F. Poggialini, and V. Palleschi, Applications of laser-induced breakdown spectroscopy in cultural heritage and archaeology: A critical review, J. Anal. At. Spectrom. 34(1), 81 (2019) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 7. A. W. Miziolek, V. Palleschi, and I. Schechter, Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): Fundamentals and Applications, Cambridge University Press, 2006& nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 8. G. Cristoforetti, A. De Giacomo, M. Dell’Aglio, S. Legnaioli, E. Tognoni, V. Palleschi, and N. Omenetto, Local thermodynamic equilibrium in laser-induced breakdown spectroscopy: Beyond the McWhirter criterion, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 65(1), 86 (2010) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 9. F. Rezaei, G. Cristoforetti, E. Tognoni, S. Legnaioli, V. Palleschi, and A. Safi, A review of the current analytical approaches for evaluating, compensating and exploiting self-absorption in laser induced breakdown spectroscopy, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 105878 (2020) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 10. L. St-Onge, M. Sabsabi, and P. Cielo, Analysis of solids using laser-induced plasma spectroscopy in double-pulse mode, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 53(3), 407 (1998) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 11. A. Ciucci, M. Corsi, V. Palleschi, S. Rastelli, A. Salvetti, and E. Tognoni, New procedure for quantitative elemental analysis by laser-induced plasma spectroscopy, Appl. Spectrosc. 53(8), 960 (1999) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 12. D. Bulajic, M. Corsi, G. Cristoforetti, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Salvetti, et al., A procedure for correcting self-absorption in calibration free-laser induced breakdown spectroscopy, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 57(2), 339 (2002) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 13. G. H. Cavalcanti, D. V. Teixeira, S. Legnaioli, G. Lorenzetti, L. Pardini, and V. Palleschi, One-point calibration for calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy quantitative analysis, Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectrosc. 87, 51 (2013) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 14. A. De Giacomo, R. Gaudiuso, C. Koral, M. Dell’Aglio, and O. De Pascale, Nanoparticle-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy of metallic samples, Anal. Chem. 85(21), 10180 (2013) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 15. A. De Giacomo, Z. Salajkova, and M. Dell’Aglio, A quantum chemistry approach based on the analogy with π-system in polymers for a rapid estimation of the resonance wavelength of nanoparticle systems, Nanomaterials 9(7), 1 (2019) /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-size: 14px font-family: & quot times new roman& quot " 16. S. Maurice, S. M. Clegg, R. C. Wiens, O. Gasnault, W. Rapin, et al., ChemCam activities and discoveries during the nominal missionof the Mars Science Laboratory in Gale crater, Mars, J. Anal. At. Spectrom. 31(4), 863 (2016) /span /p

大昌华嘉科学仪器部重磅发布稳定性分析线下系列讲座，课程议题是如何使用Turbiscan分析配方的不稳定机理，如何以数据微基础有效的改善配方，制定质控标准。线下课程更加注重理论基础和实际操作培训，让用户可以体验高效、精确的稳定性测试技术。欢迎大家参加！课程详情主讲专家介绍何羽薇何羽薇老师有30年分析仪器使用经验，重点关注材料化学、表面化学和流变学相关仪器的应用开发。何羽薇老师的应用经验涵盖食品、化妆品、陶瓷、涂料、墨水、石油化工等领域，擅长仪器图谱分析并熟练将仪器得到的数据应用到产品开发。研究方向重点在使用多重光散射仪，粒度仪、流变仪，表界面张力仪，ZETA电位仪，并结合稳定性基础DLVO理论，从表面化学、颗粒间相互作用入手，分析样品稳定性机理，为新产品的研发，问题样品的解决提供思路和解决方案。培训适合对象◆ 生产企业负责食品研发、质量控制相关负责人◆ 食品添加剂的研究人员、应用工程师◆ 高等食品院校和科研机构中从事食品行业的科研人培训内容简介天1、 稳定性基础理论DLVO理论2、 体相中乳化剂的存在方式及其对稳定性的影响3、 各种类型乳化吸附特性比较及乳化剂的界面竞争吸附4、 最新的picking乳液和Junus乳液的特点及应用5、 推荐乳化剂预测方法综述及乳状液稳定性预测实验设计6、 实操第二天1、 流变学基础知识2、 各种类型稳定剂的基本流变学分类3、 不同的流变仪的不同的作用4、乳状液体系稳定剂与乳化液滴的相互作用及其对体系稳定性的影响5、推荐稳定剂流变学特性测量实验设计，从流变学参数中我们可以得到些什么6、实操第三天1、工艺过程中，乳化罐叶片位置角度对混合均匀度的而影响，需要关注的流体动力学影响2、热处理对稳定性的影响3、均质与杀菌工艺参数影响稳定性的基本原理4、推荐评价稳定剂流变学特性测量实验设计，从流变学参数中我们可以得到些什么5、如何解读稳定性分析仪报告，从中可以得到哪些信息。稳定性实验数据处理 GB/T 384316、疑难解答互动交流线下实操课程连续举办4期，每期3天：上海，10月14-16日收费标准本次线下课程为收费培训，市场价格3500元/人。开课前10天报名享优惠价格，2800元/人。本次课程开班人数最低为15人，报名满15人开班，不满暂不开班，请感兴趣的朋友踊跃预报名。报名方式：联系人：李文艳 电话：13811359706/4008210778邮箱：swallow.li@dksh.com或者识别以下二维码报名~