Sådan bygger du donuts med legoklodser

Forskere har afsløret, hvordan naturen minimerer energiomkostningerne i ringe af væsker med en intern nanostruktur lavet af to kemisk uenige polymerer forbundet med stærke bindinger, eller di-blokke, aflejret på en siliciumoverflade, i en artikel, der skal offentliggøres i European Physical Journal E .

Josh McGraw og hans kolleger fra McMaster University, Canada, og University of Reading, Storbritannien, skabte først ringe af di-blok polymerer, som de sammenligner med at bygge donuts fra legoklodser på grund af arten af ​​det anvendte materiale. Dette materiale har en indre struktur diskretiseret som legoklodser, hvilket resulterer i ringe, der tilnærmer den sømløse form af en doughnut (se billede af tidligere usete nanoskalasamlinger, som illustrerer denne rapport).

McGraw og hans kolleger målte dynamikken i interagerende kanter i ringstrukturer, der viser asymmetriske trin, dvs. forskellige mellemrum inden i og uden for ringen, da den oprindeligt blev oprettet. De fandt ud af, at den interaktion, der former ringen over tid, er frastødningen mellem kanterne. Mens de molekylære detaljer forbliver uhåndgribelige, kilden til denne frastødning er intuitiv:en kant er en defekt, som forstyrrer overfladeprofilen med en tilhørende omkostning for overfladeenergien.

Kantafvisningen forhindrer to nabokanter i at komme for tæt på hinanden. Når to isolerede kanter nærmer sig, forstyrrelsen afviger yderligere, derved deformerer ligevægtskantstrukturen og øger den frie energi. For ringe, der udelukkende er underlagt den frastødende kantinteraktion, forfatterne fandt ud af, at ligevægtsformen af ​​deres kanter skulle være symmetrisk.

Disse kanter kunne betragtes som defekter i et materiale med en ellers perfekt orden på nanoskalaen. Dermed, forskning baseret på belysning af defekt-interaktioner kunne hjælpe forskere, der forsøger at eliminere sådanne defekter ved at forstå, hvordan disse materialer samler sig selv. Sådanne systemer kunne også give et ideelt grundlag for at skabe mønstre på nanoskalaen, data opbevaring, og nanoelektronik.