انقلاب طلایی در نانوفناوری؛ ذراتی که مثل موجود زنده تغییر شکل میدهند
دانشمندان ژاپنی موفق شدند نوعی نانوذره طلای مایعمانند توسعه دهند که میتواند در پاسخ به تغییرات دما و فشار مکانیکی، ساختار خود را بهطور پویا بازآرایی کند؛ دستاوردی که میتواند مسیر تازهای برای طراحی مواد هوشمند و سازگار با محیط باز کند.
به گزارش Interesting Engineering، پژوهشگران دریافتند نانوذرات طلا در مرز میان هوا و آب رفتاری شبیه مایعات از خود نشان میدهند و قادرند آرایش ساختاری خود را متناسب با شرایط محیطی تغییر دهند. این رفتار ناشی از جابهجایی و توزیع مجدد مولکولهای آلی روی سطح نانوذرات است؛ تغییری در مقیاس مولکولی که میتواند دگرگونیهای ساختاری گستردهای را در کل لایه نانوذرات ایجاد کند.
کیوشی کانیه استاد مؤسسه پژوهشی علوم بینرشتهای دانشگاه توهوکو ژاپن، اعلام کرد: این پژوهش نشان میدهد تغییرات بسیار کوچک در سطح مولکولی چگونه میتواند به تحولات چشمگیر ساختاری در سامانههای نانوذرهای منجر شود. ما معتقدیم این یافته مسیر جدیدی برای طراحی مواد هوشمند و تطبیقپذیر فراهم میکند که بتوانند بهصورت پویا به محیط اطراف واکنش نشان دهند.
رفتار مایعمانند نانوذرات طلا
پژوهشگران توضیح دادند نانوذرات طلا که سطح آنها با لیگاندهای آلی حساس به دما پوشیده شده بود در مرز هوا و آب رفتاری دینامیک و مایعمانند نشان دادند. حرکت تطبیقی این لیگاندها موجب تغییر تقارن ظاهری ذرات و در نهایت بازآرایی ساختار از الگوهای جزیرهای به شبکهای شد.
به گفته محققان در محیطهای خشک، مولکولهای آلی متصل به سطح نانوذرات معمولا تحرک بسیار محدودی دارند و ایجاد تغییرات ساختاری در آنها اغلب به دماهایی بالاتر از ۱۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد. برای غلبه بر این محدودیت، تیم تحقیقاتی روی مرز هوا و آب تمرکز کرد؛ محیطی که در آن نانوذرات پوشیدهشده با مولکولهای آبگریز بهطور طبیعی در قالب لایههای دوبعدی کنار هم قرار میگیرند.
ساخت نانوذرات با دو نوع مولکول آلی
در این مطالعه پژوهشگران نانوذرات طلا را با دو نوع مولکول آلی مختلف پوشش دادند؛ یکی مولکول کریستال مایع دندریتی حساس به دما موسوم به دندرون و دیگری لیگاندی با زنجیره خطی ساده.
آنها سپس رفتار این نانوذرات را هنگام افزایش دما و همچنین هنگام فشردهسازی مکانیکی لایه نانوذرات بررسی کردند.
نتایج نشان داد در دمای اتاق نانوذرات ساختارهایی مجزا و جزیرهمانند تشکیل میدهند. با افزایش دما این ساختارها بهتدریج به آرایشهای زنجیرهای تبدیل شدند و در حدود ۴۰ درجه سانتیگراد، الگوهای شبکهای بزرگ ایجاد کردند. با اعمال فشار و فشردهسازی لایه نیز این شبکهها دوباره به ساختارهای جزیرهای بازگشتند.
کشف سازوکار تغییر ساختار با پرتو ایکس
تیم تحقیقاتی با استفاده از اندازهگیریهای پرتو ایکس در مرکز سنکروترون DESY در هامبورگ آلمان سازوکار این رفتار را شناسایی کرد.
بررسیها نشان داد دو نوع مولکول سطحی در پاسخ به محرکهای خارجی بهطور خودبهخود روی سطح نانوذرات بازتوزیع میشوند. این فرایند تقارن ظاهری نانوذرات را تغییر داده و موجب بازآرایی گسترده کل سامانه میشود.
محققان همچنین نشان دادند بازتوزیع لیگاندها در نانوذرات طلا، نوعی ناهمسانگردی ظاهری در شکل ذرات ایجاد میکند که عامل جهتدهی به بازآرایی لایههای تکمولکولی در سطح مشترک است.
گامی بهسوی مواد هوشمند آینده
این پژوهش که در نشریه علمی Journal of the American Chemical Society منتشر شده راهبردی جدید برای طراحی لایههای نانوذرهای حساس به دما با ساختار قابل تنظیم در مرزهای مایع ارائه میکند و نشان میدهد محدودشدن نانوذرات در سطوح بینفازی چگونه رفتار تجمعی آنها را تغییر میدهد.
پژوهشگران تاکید کردند زمانی که نانوذرات معدنی در کنار یکدیگر قرار میگیرند ویژگیهای نوری، الکترونیکی و مغناطیسی آنها بهشدت به نحوه آرایششان وابسته است. از این رو توانایی کنترل و بازآرایی این ساختارها میتواند راهکاری قدرتمند برای تنظیم خواص مواد پیشرفته در آینده باشد.
انتهای پیام/
