Funkcionālie šķidrumi ir jauna materiālu klase, kas apveltīta ar īpašām fizikāli ķīmiskām īpašībām, izmantojot molekulāro dizainu vai kompozīcijas manipulācijas. To strukturālās īpašības tieši nosaka to darbību enerģijā, mikrofluidikā, biomedicīnā un citos laukos. Raugoties no mikroskopiskā viedokļa, funkcionālo šķidrumu struktūru var iedalīt trīs līmeņos: molekulāros, nanomērogā un makroskopiskos agregātos. Katrs līmenis darbojas sinerģiski, lai sasniegtu īpašas funkcijas.
Molekulārā skalā funkcionālie šķidrumi parasti sastāv no molekulām vai joniem, kas modificēti ar funkcionālām grupām. Piemēram, jonu šķidrumi sasniedz zemu nepastāvību, augstu termisko stabilitāti un noskaņojamu polaritāti, izmantojot īpašas anjonu un katjonu kombinācijas. Responējošie šķidrumi iekļauj fotoattēlu -, siltumu - vai ph - jutīgas grupas, ļaujot to struktūrai dinamiski mainīties, reaģējot uz ārējiem stimuliem. Nanoskalā funkcionālie šķidrumi bieži veido saliktas sistēmas, izkliedējot nanodaļiņas (piemēram, grafēna un kvantu punktus). Nanodaļiņu virsmas ietekme apvienojumā ar šķidruma plūstamību var radīt unikālas katalītiskas, siltuma pārneses vai optiskās īpašības. Makroskopiskā līmenī funkcionālo šķidrumu struktūrai ir anizotropija vai gradienta sadalījums. Piemēram, bīde - retināšanas šķidrumi, izmantojot molekulārās ķēdes sapīšanos, vadības viskoelastību un tiek izmantoti slāpēšanai vai mikrofluidic mikroshēmām.
Strukturālās manipulācijas ir funkcionālā šķidruma dizaina kodolā. Molekulārās dinamikas simulācijas var paredzēt dažādu strukturālo vienību mijiedarbību, savukārt eksperimentālās metodes, piemēram, kodola magnētiskā rezonanse (NMR) un x - staru izkliede, var analizēt to mikroskopisko izkārtojumu. Nākotnē, attīstot viedus materiālus un biomimētiku, šķidrās struktūras ar uzlabotām funkcijām, piemēram, self - dziedināšana un formas atmiņa, kļūs par pētniecības fokusu, veicinot atklājumus tādās tehnoloģijās kā elastīga elektronika un vieda sensācija. Funkcionālo šķidrumu strukturālie jauninājumi ne tikai paplašina materiālu zinātnes robežas, bet arī nodrošina jaunas pieejas, lai risinātu tādus izaicinājumus kā energoefektivitāte un manipulācijas ar mikromunikāciju.
