Små børster, der gør overflader glatte, fungerer muligvis ikke efter hensigten, undersøgelse finder

En type molekylær overflade, der menes at være ekstremt glat, forbliver muligvis ikke sådan under alle forhold, ifølge ny UChicago og Argonne forskning i videnskab.

Undersøgelsen af ​​forskere fra Institute for Molecular Engineering ved University of Chicago og Argonne National Laboratory kan have konsekvenser for dem, der forsøger at trykke på disse overflader for nye teknologier, såsom ledudskiftninger eller anti-dug-overflader.

Forskere er blevet meget interesseret i en form for molekylær dannelse kaldet en polyelektrolytbørste i løbet af det sidste årti, sagde studieforfatter og IME -direktør Matt Tirrell, fordi de menes at gøre overflader glatte. Disse molekyler, der ligner en mark med små hår, der står for enden, når de oplades, holdes lige, fordi de negative ladninger langs hver børste frastøder hinanden. Lignende molekyler linje vores led og vores mave -tarmkanaler.

Men til dato, undersøgelser kiggede alle på disse børster, mens de var nedsænket i rent vand eller vand med ioner med kun +1 ladninger. Mange forhold i den virkelige verden, såsom inde i menneskekroppen, involvere eksponering for væsker med multivalente ioner - dem med +2 eller +3 ladninger, som calcium og magnesium, i stedet for kun +1.

Da teamet besluttede at undersøge, hvordan børsterne fungerede i sådanne salte væsker, de så glattheden falde stejlt af.

"Det kræver kun små mængder af disse ioner for fuldstændigt at ændre strukturen, "sagde studieforfatter Juan de Pablo, Familieprofessoren Liew i molekylær teknik. "Vi forventer måske at se en ændring, men at se sådanne dramatiske ændringer med så små beløb var en overraskelse. "

Da Nick Jackson, en Maria Goeppert Mayer -stipendiat i Argonne, simulerede reaktionerne, de kunne se dramaet udspille sig på molekylært niveau.

"Disse multivalente salte kollapser bare det hele, "Sagde Tirrell." De normale kræfter mellem overfladerne tiltrækkes i stedet til hinanden, og børsterne bliver klæbrige og krymper ned i små klatter. "

Effekten forværres også, når børsterne presses sammen - en anden almindelig tilstand i den virkelige verden.

Det er en slående effekt, sagde forskerne, og det er en bekymring for forskere og ingeniører, der forsøger at gøre børsterne til teknologi. "Det er muligt, at disse polyelektrolytbørster ikke egentlig er grundlæggende ansvarlige for fælles smøring, "Sagde Tirrell, eller at der er andre effekter i spil, som vi endnu ikke helt forstår.

Simuleringen blev delvist kørt på Blues, en højtydende computerklynge, der drives af Laboratory Computing Resource Center på Argonne National Laboratory.