Selvstændig samling i flere trin åbner døren til nye rekonfigurerbare materialer

Selvmonterende syntetiske materialer kommer sammen, når de er små, ensartede byggeklodser interagerer og danner en struktur. Imidlertid, naturen lader materialer som proteiner af forskellig størrelse og form samle sig, muliggør komplekse arkitekturer, der kan klare flere opgaver.

Ingeniører fra University of Illinois kiggede nærmere på, hvordan ikke -ensartede syntetiske partikler samles og blev overrasket over at opdage, at det sker i flere faser, åbner døren for nye rekonfigurerbare materialer til brug i teknologier som solceller og katalyse.

Resultaterne er rapporteret i journalen Naturkommunikation .

"Traditionel selvsamling kan tænkes som en købmand, der stabler æbler til en fremvisning i produktsektionen, "sagde Qian Chen, professor i materialevidenskab og teknik og hovedforfatter af det nye studie. "De skulle arbejde med æbler af samme størrelse og form-eller partikler i tilfælde af selvsamling-for at gøre strukturen robust."

I den nye undersøgelse, Chens gruppe observerede opførsel af mikroskala sølvplader af forskellig størrelse og nanoskala tykkelse i væsker. Fordi partiklerne i selvsamlende materialer er så små, de opfører sig som atomer og molekyler, som tillader forskere at bruge klassisk kemi og fysik teorier til at forstå deres adfærd, sagde forskerne.

De ikke -ensartede partikler frastøder og tiltrækker i overensstemmelse med naturlovene i almindelighed, deioniseret vand. Imidlertid, når forskerne tilføjer salt til vandet, skiftende elektrostatiske kræfter udløser en flerstegs samlingsproces. De ikke -ensartede partikler begynder at samles for at danne søjler af stablede sølvplader og samles yderligere til stadig mere komplekse, bestilte 3-D sekskantede gitter, fandt teamet.

"Vi kan faktisk se partiklerne samles i dette hierarki ved hjælp af et lysmikroskop, "sagde Binbin Luo, en kandidatstuderende i materialevidenskab og teknik og studieforfatter. "Denne måde, vi kan spore partikelbevægelser en efter en og studere samlingsdynamikken i realtid. "

"Resultaterne af denne undersøgelse kan muliggøre udvikling af rekonfigurerbare selvmonteringsmaterialer, "sagde Ahyoung Kim, en kandidatstuderende i materialevidenskab og teknik og studieforfatter. "Disse materialer kan skifte fra en type massiv krystal til en anden type med forskellige egenskaber til forskellige anvendelser."

"En anden fordel ved dette fund er, at det kan generaliseres til andre typer systemer, "Sagde Chen." Hvis du har en anden type nanopartikel, det være sig magnetisk eller halvledende, denne hierarkiske forsamlingsprincip gælder stadig, muliggøre endnu flere former for rekonfigurerbare materialer. "