מדענים "לסחוט" nanocrystals ב טיפה נוזלית לתוך מצב מוצק דמוי - וחזרה

Anonim

צוות בראשות מדענים במשרד האנרגיה האמריקני לורנס ברקלי המעבדה הלאומית (ברקלי מעבדה) מצא דרך להפוך מצב דמוי נוזלים מתנהגים יותר כמו מוצק, ולאחר מכן להפוך את התהליך.

הם שמו טיפה של נוזל המכיל nanocrystals תחמוצת ברזל לתוך נוזל שמנוני המכיל גדילי פולימר זעירים.

הם מצאו כי תוסף כימי ב טיפה יכול להתחרות עם פולימר - כמו משיכה זעירה של מלחמה על חלקיקים על הצומת של נוזלים.

הם היו מסוגלים לגרום חלקיקים שנאספו כאן כדי ריבה, מה שהופך אותו לפעול כמו מוצק, ולאחר מכן כדי unjam ולחזור למצב דמוי נוזל על ידי דחיפה תחרותית למשוך פעולה של הפולימר ואת התוסף.

"היכולת לעבור בין המדינות התקועות והחסרות הללו יש השלכות על פיתוח של כל האלקטרוניקה הנוזלית ועל אינטראקציה עם תאים ושליטה בתפקודים הסלולריים", אמר טום ראסל מחטיבת חומרים למדעי החומרים בברקלי, אשר הוביל את המחקר עם ברט הלמס, מדען צוות בבית היציקה של מולקולרית מעבדה ברקלי. Molecular יציקה הוא משרד DOE של המתקן משתמש מדע המתמחה במחקר הננו.

"הצלחנו לראות את הטיפות הללו עוברים שינויים בשלב זה בזמן אמת, " אמר הלמס. "אנחנו רואים את המאפיינים המכאניים של נוזל דו-ממדי ומוצק דו-מימדי". התוצאות פורסמו באינטרנט ב -3 באוגוסט במדע מתקדם.

הם צפו בתנועה זו בין שתי המדינות פשוט על ידי התבוננות בשינויים בצורת הטיפה. השינויים מספקים מידע על המתח על פני השטח של הטיפה, כמו התבוננות על פני השטח של בלון מנופח או מנופח.

הם השתמשו במיקרוסקופ כוח אטומי, שעובד כמו מחט של רשמקול זעיר כדי לעבור על פני השטח של הטיפה כדי למדוד את תכונות מכניות שלה.

המחקר האחרון מתבסס על מחקרים קודמים של ראסל והלמס, חוקרים אורחים, ואחרים בחטיבת החומרים למדעי החומרים של ברקלי ובבית היציקה המולקולרי, על מנת לפסל מבנים מורכבים של נוזלים תלת-ממדיים באמצעות הזרקת זרזי מים לשמן סיליקון.

בעוד ששינויים במצב נוזלי למצבים מוצקים כרוכים בדרך כלל בשינויי טמפרטורה, חוקרים אלה הציגו במקום זה תרכובת כימית הידועה בשם ליגנד, אשר קשורה אל פני השטח של חלקיקים בצורה מדויקת.

"הוכחנו לא רק שאנחנו יכולים לקחת את החומרים האלה D-2 ולעבור את המעבר הזה מוצק לנוזל, אלא גם לשלוט על קצב שבו זה קורה באמצעות ליגנד בריכוז מוגדר", אמר הלמס.

בריכוז גבוה יותר של ליגנד, מכלול של nanocrystals נרגע מהר יותר ממצב תקוע למצב לא נפגע.

חוקרים מצאו גם שהם יכולים לתפעל את המאפיינים של טיפות נוזל בפתרון השמן על ידי החלת שדה מגנטי השדה יכול לעוות את הטיפה על ידי משיכת nanocrystals המכילים ברזל, למשל, ולשנות את המתח על פני השטח של טיפות.

מציאת דרכים חדשות לבקרה על מערכות כל-נוזלים אלו עשויה להיות שימושית לאינטראקציה עם מערכות חיות, אמר הלמס, כגון תאים או חיידקים.

"בעיקרון אתה יכול ליצור את היכולת לתקשר איתם - להעביר אותם לאן שאתה רוצה שהם יילכו, או להעביר אליהם אלקטרונים או יונים, "אמר ראסל. "היכולת לגשת זה על ידי תשומות פשוטים הוא הערך של זה."

המחקר הוא גם בעל ערך עבור הצגת תכונות כימיות בסיסיות מכניות של nanocrystals עצמם.

הלמס ציין כי הפשטות של המחקר האחרון אמור לעזור לאחרים ללמוד ולבנות על המחקר. "לא השתמשנו בשום דבר מסובך כאן, המטרה שלנו היא להראות שכל אחד יכול לעשות את זה, הוא מספק תובנה מתוחכמת על הננו-כימיה בממשקים, וגם מראה לנו כי מערכות כימיות יכולות להיות מעוצבות עם מבנים ותכונות מותאמים בתחום הזמן גם בתחום המרחבי ".

מחקר עתידי יכול להתמקד כיצד למזער את מבנים נוזליים עבור יישומים ביולוגיים או עבור יישומים אנרגיה בחומרים 2-D, ציין ראסל.

"היופי בעבודה זו הוא מניפולציה של אלמנטים ננומטריים, רק מיליארד של אינץ 'בגודל, לתוך מבנים גדולים יותר להגיב ולהסתגל לסביבה שלהם או גורמים ספציפיים", אמר.

menu
menu