Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Niespodziewana wada „czarnego łabędzia” odkryta po raz pierwszy w miękkiej materii

Kredyt: CC0 Public Domain

W ramach nowych badań naukowcy z Texas A&M University po raz pierwszy ujawnili pojedynczy mikroskopijny defekt zwany „bliźniakiem” w kopolimerze o miękkiej masie, wykorzystujący zaawansowaną technologię mikroskopii elektronowej. Ta wada może zostać wykorzystana w przyszłości do tworzenia materiałów o nowych właściwościach akustycznych i fotonicznych.


„Ta wada jest jak czarny łabędź – coś wyjątkowego, co się zdarza i nie jest typowe” – powiedział dr Edwin Thomas, profesor na Wydziale Inżynierii Materiałowej. „ Chociaż do naszego badania wybraliśmy konkretny polimer, myślę, że podwójna wada byłaby dość uniwersalna w wielu podobnych systemach materiałów miękkich, takich jak oleje i środki powierzchniowo czynne, Materiały biologiczne I naturalne polimery. Dlatego nasze odkrycia będą przydatne w różnych badaniach w dziedzinie materiałów miękkich ”.

Wyniki badania są szczegółowo opisane w Materiały z National Academy of Sciences (PNAS).

Materiały można ogólnie podzielić na twarde lub miękkie. Ciała stałe, takie jak stopy metali i ceramika, mają na ogół regularny i bardzo symetryczny układ atomów. Ponadto w bryle grupy uporządkowanych atomów układają się w nanoskalowe bloki budulcowe Komórki elementarne. Zwykle te komórki elementarne składają się z kilku atomów i gromadzą się razem, tworząc okresowy kryształ. Miękka materia może również tworzyć kryształy składające się z komórek elementarnych, ale okresowy wzór nie jest teraz wyrównany Poziom atomowy; Występuje na znacznie większą skalę niż agregaty makrocząsteczek.

W szczególności w przypadku kopolimeru diblokowego AB, który jest rodzajem materiału miękkiego, cykliczny wzbudnik molekularny składa się z dwóch połączonych łańcuchów: jednego łańcucha jednostek A i jednego łańcucha jednostek B. Każdy łańcuch, zwany blokiem, zawiera tysiące połączonych jednostek razem, a kryształ jest miękki w wyniku selektywnego łączenia jednostek A w domenach i jednostek B w domenach, które tworzą komórki wielopunktowe w porównaniu z ciałem stałym.

Inną zauważalną różnicą między miękkimi i twardymi kryształami jest to, że defekty strukturalne badano dokładniej w ciele stałym. Wady te mogą wystąpić w pojedynczym miejscu atomu w materiale, zwanym defektem punktowym. Na przykład, punktowe defekty w okresowym rozmieszczeniu atomów węgla w diamentach spowodowane zanieczyszczeniami azotowymi tworzą jaskrawożółty „kanarek” diament. Ponadto defekty kryształów mogą zostać wydłużone jako wada linii lub rozłożone na obszarze jako wada powierzchni.

W dużej mierze niedoskonałości tkwią w środku Solidne materiały Zostało to dogłębnie zbadane przy użyciu zaawansowanych technik obrazowania elektronicznego. Aby jednak móc zidentyfikować i określić ilościowo defekty w miękkich kryształach utworzonych przez kopolimer, Thomas i współpracownicy zastosowali nową technikę zwaną mikroskopią elektronową i pokazami slajdów. Ta metoda pozwoliła naukowcom na użycie jonowej mikrowiązki do wycięcia bardzo cienkiego kawałka miękkiego materiału, a następnie użycie wiązki elektronów do sfotografowania powierzchni pod warstwą, a następnie wielokrotne cięcie obrazu. Slajdy te zostały następnie cyfrowo ułożone razem w celu renderowania 3D.

Do analizy zbadali kopolimer dwublokowy wykonany z bloku polistyrenu i bloku polimetylosiloksanu. Na poziomie mikroskopowym jednostka komórkowa z tego materiału wykazuje przestrzenny wzór tak zwanego kształtu „ podwójnej tarczycy ”, który jest złożoną, cykliczną strukturą składającą się z dwóch przeplatających się sieci molekularnych, z których jedna ma rotację lewoskrętną, a druga , prawostronny obrót.

Podczas gdy naukowcy nie szukali aktywnie żadnego konkretnego defektu w materiale, zaawansowana technologia obrazowania ujawniła defekt powierzchni, zwany podwójną granicą. Po obu stronach podwójnego złącza sieci molekularne gwałtownie zmieniają sposób, w jaki są ręczne.

„Lubię nazywać tę wadę lustrem topologicznym i to naprawdę fajny efekt” – powiedział Thomas. „Kiedy masz podwójną ramkę, to tak, jakbyś patrzył na odbicie w lustrze, gdzie każda siatka przekracza granice, siatki zmieniają sposób użycia rąk, prawa staje się lewe i odwrotnie”.

Badacz dodał, że konsekwencje podwójnego wiązania w strukturze okresowej, która sama w sobie nie zawiera żadnej nieodłącznej symetrii lustrzanej, mogą prowadzić do nowych właściwości optycznych i akustycznych, które otwierają nowe drzwi w inżynierii materiałowej i technologii.

„W biologii wiemy, że nawet pojedynczy defekt DNA lub mutacja może spowodować chorobę lub inną obserwowaną zmianę w organizmie. W naszych badaniach wykazaliśmy jednego bliźniaka. wada „Przyszłe badania będą miały na celu zbadanie, czy jest coś szczególnego w izolowanej płaszczyźnie lustra w strukturze, która inaczej nie miałaby symetrii lustrzanej” – powiedział Thomas.


Przewodzący charakter ujawnia się w strukturach kryształu przy powiększeniu 10 milionów razy


więcej informacji:
Xueyan Feng i wsp., Wizualizacja podwójnego bliźniaka tarczycy, Materiały z National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018977118

cytat: Nieoczekiwany defekt „ czarnego łabędzia ” w miękkiej materii po raz pierwszy odkryty (2021, 19 maja) Pobrano 19 maja 2021 z https://phys.org/news/2021-05-unuable-black-swan-defect -soft. html

Niniejszy dokument podlega prawu autorskiemu. Niezależnie od sprawiedliwego traktowania do celów prywatnych studiów lub badań, żadna część nie może być powielana bez pisemnej zgody. Treść ma charakter wyłącznie informacyjny.

READ  Ludzkie komórki przeszczepione do małpich embrionów wywołały debatę etyczną