Bilim adamları sıvı bir damlacık içinde nano-kristalleri katı bir hal haline getiriyor - ve tekrar

Anonim

ABD Enerji Bakanlığı'ndan Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuarı (Berkeley Lab) bilim adamları tarafından yönetilen bir ekip, sıvı benzeri bir durumun daha katı gibi davranmasını ve ardından süreci tersine çevirmesini sağladı.

Demir oksit nanokristalleri içeren bir sıvı damlacıklarını, küçük polimer ipliklerini içeren yağlı bir sıvıya koyarlar.

Damlacıkta bulunan bir kimyasal katkı maddesinin, sıvıların kesişiminde nanopartiküller üzerinde polimerle (küçük bir savaş savaşı gibi) rekabet edebileceğini keşfettiler.

Burada nano partiküllerin sıkışmasına neden oldular, bir katı gibi davranmaya başladılar ve sonra polimerin ve katkı maddesinin rekabetçi itme-çekme hareketi ile sıvı olmayan bir duruma geri döndüler.

Çalışmayı Brett Helms ile birlikte yürüten Berkeley Laboratuarının Malzeme Bilimi Bölümü'nden Tom Russell, “Bu sıkışmış ve sıkışık olmayan devletler arasında hareket etme kabiliyetinin, tüm sıvı elektroniği geliştirmeye, hücrelerle etkileşime girmeye ve hücresel işlevleri kontrol etmeye yönelik etkileri vardır” dedi., Berkeley Lab'in Moleküler Dökümü'nde çalışan bir bilim adamı. Molecular Foundry, nanobilim araştırmasında uzmanlaşmış bir DOE Office Kullanıcı Tesisi'dir.

Helms, "Bu damlacıkların bu faz dönüşümlerini gerçek zamanlı olarak izleyebildik" dedi. "Görmek inanmaktır. 2 boyutlu bir sıvının ve 2 boyutlu katıların mekanik özelliklerine bakıyoruz." Sonuçlar Science Advances'te çevrimiçi olarak 3 Ağustos'ta yayınlandı.

Bu hareketi iki devlet arasında, damlacık şeklindeki değişimlere bakarak izlediler. Değişiklikler, şişirici veya sönen bir balonun yüzeyini gözlemlemek gibi damlacık yüzeyindeki gerilim hakkında bilgi sağlar.

Mekanik özelliklerini ölçmek için damlacık yüzeyinin üzerinde hareket etmek için küçük bir plak çalar iğnesi gibi çalışan bir atomik kuvvet mikroskobu kullandılar.

En son çalışma Russell ve Helms tarafından yapılan araştırmaları, araştırmacıları ve Berkeley Laboratuarının Malzeme Bilimi Bölümünde ve Molecular Foundry'deki diğer araştırmacıları ziyaret ederek karmaşık, tamamen sıvı 3-D yapıları suya silikon yağı içine enjekte ederek yapılandırmıştır.

Sıvı halleri katı hallere dönüştürürken, tipik olarak sıcaklık değişimlerini içerirken, bu son araştırmada araştırmacılar, nano partiküllerin yüzeyine kesin bir şekilde bağlanan bir ligand olarak bilinen kimyasal bir bileşiği ortaya koymuşlardır.

Helms, "Sadece bu 2 boyutlu malzemeleri alabileceğimizi ve bu geçişi bir katıdan bir sıvıya geçireceğimizi değil, aynı zamanda belirli bir konsantrasyonda bir ligand kullanılarak gerçekleşen hızı kontrol etmeyi de gösterdik" dedi.

Daha yüksek ligand konsantrasyonlarında, nanokristallerin toplanması, sıkışmış bir durumdan sıkılmamış bir duruma kadar daha çabuk rahatladı.

Araştırmacılar ayrıca, bir manyetik alan uygulayarak petrol damlacıklarındaki sıvı damlacıkların özelliklerini manipüle edebileceklerini bulmuşlardır - alan, örneğin demir içeren nanokristalleri çekerek damlayı deforme edebilir ve damlacıkların yüzeyindeki gerilimi değiştirebilir..

Helms, hücreler ya da bakteriler gibi, bu tür tüm sıvı sistemlerini kontrol etmenin yeni yollarını bulmak, canlı sistemlerle etkileşim için yararlı olabilir.

Russell, “Esasen onlarla iletişim kurma kabiliyetine sahip olabilirsiniz — onları nereye götürmelerini istediğinizi hareket ettirin veya elektronları veya iyonları onlara taşıyın” dedi. “Buna basit girdilerle erişebilmek, bunun değeridir.”

Çalışma aynı zamanda nanokristallerin kendilerinin temel kimyasal ve mekanik özelliklerini göstermek için değerlidir.

Helms, en son çalışmanın sadeliğinin, başkalarının araştırmadan öğrenmesine ve üzerine inşa edilmesine yardımcı olması gerektiğine dikkat çekti. "Burada karmaşık bir şey kullanmadık. Amacımız bunu herkesin yapabileceğini göstermektir. Arayüzlerde nanokimya hakkında akıllıca bir fikir edinir. Ayrıca, kimyasal sistemlerin, zaman alanında, özel yapılar ve özellikler ile tasarlanabileceğini gösterir. uzaysal alanda olduğu gibi. "

Russell, gelecek araştırmaların biyolojik uygulamalar için sıvı yapıları veya 2-D materyallerdeki enerji uygulamalarını minyatürleştirmeye odaklanabileceğini belirtti.

“Bu çalışmadaki güzellik, nano boyuttaki öğelerin, yalnızca bir inçlik milyarda milyarlarca insanın kendi çevrelerine veya spesifik tetikleyicilere tepki veren ve onlara adapte olan daha büyük yapılara dönüşmesidir” dedi.

menu
menu