Nanowrinkles, nanofolds giver mærkelige skjulte kanaler

Rynker og folder er allestedsnærværende. De forekommer i furede bryn, planetarisk topologi, overfladen af ​​den menneskelige hjerne, endda bunden af ​​en geckos fod. I mange tilfælde, de er naturens geniale måde at pakke mere overfladeareal ind på et begrænset rum. Videnskabsfolk, efterligner naturen, har længe søgt at manipulere overflader for at skabe rynker og folder for at gøre mindre, mere fleksible elektroniske enheder, flydende nanokanaler eller endda printbare mobiltelefoner og computere.

Men for at opnå de teknologibøjende bedrifter, forskere skal fuldt ud forstå profilen og ydelsen af ​​rynker og folder på nanoskalaen, dimensioner 1/50, 000th tykkelsen af ​​et menneskehår. I en række observationer og eksperimenter, ingeniører ved Brown University og i Korea har opdaget usædvanlige egenskaber i rynker og folder på nanoskalaen. Forskerne rapporterer, at rynker skabt på supertynde film har skjult lange bølger, der forlænges, selv når filmen komprimeres. Teamet opdagede også, at når der dannes folder i sådanne film, lukkede nanokanaler vises under overfladen, som tusindvis af superbitte rør.

"Rynker er overalt i videnskaben, "sagde Kyung-Suk Kim, professor i teknik ved Brown og tilsvarende forfatter til papiret, der blev offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the Royal Society A . "Men de har visse hemmeligheder. Med denne undersøgelse, Vi har matematisk fundet ud af, hvordan rynkerne på et tyndt ark bestemmes på et stort set deformeret blødt underlag, og hvordan rynkerne udvikler sig til regelmæssige folder. "

Rynker dannes, når et tyndt stift ark er spændt på et blødt fundament eller i en blød omgivelse. De er forstadier til almindelige folder:Når arket er komprimeret nok, rynkerne er så tæt på hinanden, at de danner folder. Foldene er interessante for producenter, fordi de kan passe til et stort overfladeareal på et ark i et begrænset rum.

Kim og hans team lagde nanogranulære folieplader af guld fra 20 til 80 nanometer tykke på et gummiagtigt underlag, der normalt bruges i mikroelektronikindustrien. Forskerne komprimerede filmen, skabe rynker og undersøgt deres egenskaber. Som i tidligere undersøgelser, de så primære rynker med korte periodiciteter, afstanden mellem de enkelte rynkes toppe eller dale. Men Kim og hans kolleger opdagede en anden type rynke, med en meget længere periodicitet end de primære rynker - som en skjult langbølge. Da forskerne komprimerede den nanogranulære guldfilm, de primære rynkeres periodicitet faldt, som forventet. Men periodiciteten mellem de skjulte lange bølger, som gruppen mærkede sekundære rynker, forlænget.

"Vi syntes, det var mærkeligt, "Sagde Kim.

Det blev endnu fremmed, da gruppen dannede folder i de nanogranulære guldplader. På overfladen, alt virkede normalt. Folderne blev skabt, da toppene i naborynkerne kom så tæt på, at de rørte hinanden. Men forskergruppen beregnede, at disse folder, hvis den er forlænget, matchede ikke filmens længde, før den var blevet komprimeret. Et stykke af den originale filmoverflade blev ikke redegjort for, "som om den var begravet, "Sagde Kim.

Ja, det havde været, som lukkede kanaler i nano-størrelse. Tidligere forskere, ved hjælp af atomkraftmikroskopi, der scanner filmens overflade, havde ikke været i stand til at se de begravede kanaler. Kims gruppe vendte sig til fokuserede ionstråler for at udtrække et tværsnit af filmen. Der, under overfladen, var rækker af lukkede kanaler, omkring 50 til et par 100 nanometer i diameter. "De var skjult, "Sagde Kim." Vi var de første til at klippe (filmen) og se, at der er kanaler nedenunder. "

De vedlagte nanokanaler er vigtige, fordi de kan bruges til at trænge væsker, fra medicin på plaster til behandling af sygdomme eller infektioner, til rent vand og energiindsamling, som en mikroskopisk hydraulisk pumpe.