V mehkem materialu prvič najdemo nepričakovano napako “Črni labod”

Zasluga: CC0 Public Domain

V novih raziskavah so znanstveniki s teksaške univerze A&M prvič razkrili eno samo mikroskopsko napako, imenovano “dvojček” v kopolimeru z mehkimi bloki z napredno tehniko elektronske mikroskopije. To napako lahko v prihodnosti izkoristimo za ustvarjanje materialov z novimi zvočnimi in fotonskimi lastnostmi.


“Ta napaka je kot črni labod – nekaj posebnega, kar se dogaja, ni normalno,” je dejal dr. Edwin Thomas, profesor na Oddelku za znanost in tehniko materialov. “Čeprav smo za študijo izbrali določen polimer, mislim, da bi bila dvojna napaka dokaj univerzalna v skupini podobnih sistemov mehke snovi, kot so olja, površinsko aktivne snovi, Organski material In naravni polimeri. Zato bodo naše ugotovitve dragocene za raznolike raziskave na področju mehke snovi. “

Rezultati študije so podrobni Zbornik Nacionalne akademije znanosti (PNAS)

Material lahko na splošno uvrstimo med trde ali mehke materiale. Trdi materiali, kot so kovinske zlitine in keramika, imajo na splošno zelo pravilno in simetrično razporeditev atomov. Tudi v togi snovi se urejene skupine atomov razvrstijo v nanoskopske gradnike, imenovane enota celica. Običajno imajo te enotne celice le nekaj atomov in se zlagajo skupaj, da tvorijo periodične kristale. Mehki materiali lahko tvorijo tudi kristale, sestavljene iz enotnih celic, vendar nimajo več periodičnega vzorca. Atomska raven; Pojavi se v veliko večjem obsegu z združevanjem večjih molekul.

Zlasti za kopolimer ab dibl, vrsto mehke snovi, ima periodični molekularni motiv dve povezani verigi: vrsto enot in serijo b enot. Vsaka veriga, imenovana blok, je sestavljena iz tisoč enot, povezanih skupaj in v domeni enot A, in s selektivnim združevanjem enot B tvorijo mehke kristale, ki tvorijo večje enote celic kot toga snov.

Druga opazna razlika med mehkimi in trdimi kristali je, da so bile strukturne napake v trdni snovi podrobneje preučene. Te pomanjkljivosti se lahko pojavijo na enem atomskem mestu znotraj materiala, ki se imenuje točkovna napaka. Na primer točkovne napake v periodični razporeditvi ogljikovih atomov v diamantih zaradi nečistoč dušika naredijo popoln “kanarčki” rumeni diamant. Poleg tega se lahko pomanjkljivosti v kristalu razširijo kot linijska napaka ali razširijo na območje kot površinska napaka.

Na splošno napake znotraj Trdi material Obširno so ga raziskovali z uporabo naprednih tehnik elektronskega slikanja. Toda Thomas in njegovi kolegi so, da bi lahko zaznali in prepoznali napake v blok kopolimernih mehkih kristalih, uporabili novo tehniko, imenovano elektronsko mikroskopiranje z rezanjem in ogledom. Ta metoda je raziskovalcem omogočila, da so s finim ionskim žarkom obrezali zelo tanek kos mehkega materiala, nato pa so z elektronskim žarkom posneli površino pod rezino, nato rezino spet, Slika večkrat. Te rezine so bile nato digitalno zložene skupaj, da so dobili 3D pogled.

Za analizo so raziskali diblok kopolimer iz polistirenskega bloka in polidimetilsiloksanskega bloka. Na mikroskopski ravni enota celice tega materiala kaže prostorski vzorec tako imenovane “dvojne žiroidne” oblike, zapleteno, periodično strukturo, sestavljeno iz dveh medsebojno povezanih molekularnih mrež, od katerih ima eno levo vrtenje, druga pa ena Vrtenje v desno.

Medtem ko raziskovalci niso aktivno iskali določene napake v materialu, je napredna tehnologija slikanja razkrila površinsko napako, imenovano dvojna meja. Na obeh straneh dvojčkov je molekularna mreža nenadoma spremenila njihovo harmonijo.

“To napako rad imenujem topološko zrcalo in je res dober učinek,” je dejal Thomas. “Ko imate dvojno mejo, je to kot gledanje odseva v ogledalu, saj vsako omrežje prečka mejo, omrežje preklopi med pripravnostmi, zavije v desno in obratno.”

Raziskovalec je izjavil, da lahko posledice dvojne meje v periodični strukturi, ki sama po sebi nima inherentne zrcalne simetrije, lahko povzročijo nove optične in zvočne lastnosti, ki odpirajo nova vrata v materialskem inženirstvu in tehnologiji.

“V biologiji vemo, da lahko ena napaka v DNK, mutacija povzroči bolezen ali kakšno drugo opazno spremembo v organizmu. V naši študiji pokažemo enega samega dvojčka Napaka V dvojnem žiroidnem materialu “je dejal Thomas.” Prihodnje raziskave bodo raziskale, ali obstaja kaj posebnega glede prisotnosti izolirane zrcalne ravnine v strukturi, ki sicer nima zrcalne simetrije. ”


Prevodna narava v kristalnih strukturah se je pokazala v povečavi 10 milijonov krat


več informacij:
Xueyan Feng et al., Ki si predstavljata dvojnega giroidnega dvojčka, Zbornik Nacionalne akademije znanosti (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018977118

ki jih zagotavlja
Teksaška univerza A&M

Citati: Prva nepričakovana napaka “Črni labod”, odkrita v mehki snovi (2021, 19. maja) 19. maja 2021 s strani https://phys.org/news/2021-05-unexpected-black-swan-defect-soft.html

Ta dokument je zaščiten z avtorskimi pravicami. Nobenega dela ni dovoljeno reproducirati brez pisnega dovoljenja, razen za kakršno koli nepristransko vedenje, namenjeno osebni študiji ali raziskavi. Vsebina je na voljo samo v informativne namene.

READ  SpaceX Falcon 9 se sproži pred revolucionarnim izstrelitvijo Cargo Dragon

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x