นักวิทยาศาสตร์ 'บีบ' nanocrystals ในน้ำหยดลงในสภาพของแข็งเหมือนและกลับมาอีกครั้ง

Anonim

ทีมงานที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากห้องทดลองแห่งชาติ Lawrence Berkeley แห่งสหรัฐอเมริกา (Berkeley Lab) พบว่าวิธีที่จะทำให้สภาพของเหลวเหมือนของแข็งมากขึ้นและทำให้กระบวนการนี้กลับกลายเป็นปกติ

พวกเขาวางหยดของเหลวที่มี nanocrystals ออกไซด์ของเหล็กออกเป็นของเหลวที่มีส่วนผสมของโพลิเมอร์เล็ก ๆ

พวกเขาพบว่าสารเคมีในหยดสามารถแข่งขันกับพอลิเมอร์เช่นเดียวกับอนุภาคขนาดนาโนที่มีการสึกกร่อนอยู่ที่จุดตัดของของเหลว

พวกเขาสามารถทำให้อนุภาคนาโนรวมตัวกันที่นี่เพื่อติดขัดทำให้มันทำหน้าที่เหมือนของแข็งและจากนั้นไป unjam และกลับไปสู่สภาพที่เหมือนของเหลวโดยการผลักดันการผลักดันการแข่งขันของโพลิเมอร์และสารเติมแต่ง

Tom Russell จากแผนกวิทยาศาสตร์วัสดุของ Berkeley Lab ผู้ร่วมวิจัยกับ Brett Helms กล่าวว่า "ความสามารถในการเคลื่อนย้ายระหว่างสถานะที่ติดขัดและไม่มีมลภาวะเหล่านี้มีผลต่อการพัฒนาอุปกรณ์อิเลคทรอนิกส์เหลวทั้งหมดและเพื่อการโต้ตอบกับเซลล์และการควบคุมการทำงานของเซลล์" นักวิทยาศาสตร์ที่ Berkeley Lab ของ Molecular Foundry Foundry Molecular เป็นสำนักงานวิทยาศาสตร์ของผู้ใช้ DOE ที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยนาโนศาสตร์

Helms กล่าวว่า "เราสามารถเฝ้าดูหยดเหล่านี้ผ่านการเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาเหล่านี้ได้แบบเรียลไทม์" เรากำลังมองหาสมบัติเชิงกลของของเหลว 2 มิติและของแข็ง 2 มิติ " ผลการวิจัยเผยแพร่ในวันที่ 3 สิงหาคมใน Science Advances

พวกเขาเฝ้าดูการเคลื่อนไหวนี้ระหว่างทั้งสองรัฐเพียงแค่ดูการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของหยด การเปลี่ยนแปลงให้ข้อมูลเกี่ยวกับความตึงเครียดบนพื้นผิวของหยดเช่นการสังเกตพื้นผิวของบอลลูนที่พองหรือยุบตัว

พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์แรงเหวี่ยงของอะตอมซึ่งทำงานเหมือนเข็มบันทึกขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวของหยดเพื่อวัดสมบัติเชิงกลของมัน

การศึกษาล่าสุดได้รวบรวมข้อมูลจากการวิจัยก่อนหน้านี้ของรัสเซลล์และเฮล์มสไปเยี่ยมนักวิจัยและอื่น ๆ ในแผนกวิทยาศาสตร์วัสดุของแลงคาร์แล็บและที่ Molecular Foundry เพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน 3 มิติทั้งหมดของเหลวโดยการฉีดด้ายลงในน้ำมันซิลิโคน

ในขณะที่การเปลี่ยนสถานะของเหลวไปเป็นของแข็งมักเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในการศึกษาล่าสุดนี้นักวิจัยแทนการนำสารประกอบเคมีที่เรียกว่าแกนด์ด์ที่ยึดติดกับผิวของอนุภาคนาโนได้อย่างแม่นยำ

"เราไม่เพียง แต่แสดงให้เห็นว่าเราสามารถใช้วัสดุ 2 มิติเหล่านี้และผ่านการเปลี่ยนแปลงนี้จากของแข็งไปเป็นของเหลว แต่ยังควบคุมอัตราที่เกิดขึ้นนี้ผ่านการใช้แกนด์ที่ความเข้มข้นที่กำหนดไว้" Helms กล่าว

เมื่อความเข้มข้นของแกนด์สูงขึ้นการรวมกันของ nanocrystals จะผ่อนคลายได้เร็วขึ้นจากสถานะที่ติดขัดไปเป็นสถานะที่ไม่ติดขัด

นักวิจัยยังพบว่าพวกเขาสามารถจัดการกับคุณสมบัติของหยดน้ำในสารละลายน้ำมันได้โดยการใช้สนามแม่เหล็กสนามสามารถเปลี่ยนรูปของหยดโดยการดูดซับธาตุเหล็กที่มีธาตุเหล็กเช่นเปลี่ยนความตึงเครียดที่พื้นผิวของหยด.

การค้นพบวิธีการใหม่ ๆ ในการควบคุมระบบของเหลวเช่นนี้อาจเป็นประโยชน์ในการโต้ตอบกับระบบที่อยู่อาศัย Helms กล่าวเช่นเซลล์หรือแบคทีเรีย

รัสเซลกล่าวว่า "โดยพื้นฐานแล้วคุณอาจมีความสามารถในการสื่อสารกับพวกเขาได้ - ย้ายไปที่ที่คุณต้องการให้ไปหรือเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนหรือไอออนออกไป "ความสามารถในการเข้าถึงนี้โดยปัจจัยการผลิตที่เรียบง่ายคือค่านี้."

การศึกษายังมีคุณค่าสำหรับการแสดงคุณสมบัติทางเคมีและทางกลพื้นฐานของตัวนาโนที่มีอยู่

Helms ตั้งข้อสังเกตว่าความเรียบง่ายของการศึกษาล่าสุดควรช่วยผู้อื่นในการเรียนรู้และสร้างผลงานวิจัย "เราไม่ได้ใช้อะไรซับซ้อนที่นี่เป้าหมายของเราคือเพื่อแสดงให้เห็นว่าทุกคนสามารถทำเช่นนี้ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ชาญฉลาดเกี่ยวกับ nanochemistry ที่ interfaces นอกจากนี้ยังแสดงให้เราเห็นว่าระบบทางเคมีสามารถออกแบบด้วยโครงสร้างที่เหมาะและคุณสมบัติในโดเมนเวลาตาม เช่นเดียวกับในโดเมนเชิงพื้นที่ "

การวิจัยในอนาคตอาจมุ่งเน้นไปที่การย่อขนาดโครงสร้างของเหลวสำหรับการใช้งานทางชีววิทยาหรือการใช้พลังงานในวัสดุ 2 มิติ Russell กล่าว

"ความสวยงามในงานนี้คือการจัดการองค์ประกอบของนาโนที่มีขนาดเพียงไม่กี่พันล้านนิ้วเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่ที่ตอบสนองและปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมหรือเป็นตัวกระตุ้นเฉพาะ" เขากล่าว

menu
menu