خودآرایی چند مرحله‌ای، راهبردی برای تولید مواد جدید

خودآرایی چند مرحله‌ای، راهبردی برای تولید مواد جدید

محققان با بررسی آرایش و پیکربندی ذرات دیسکی شکل نقره، به مطالعه چگونگی خودآرایی این ذرات پرداخته و موفق به ارائه راهبرد جدیدی برای تولید مواد با استفاده از خودآرایی ذرات شدند.

 

مواد سنتزی خودآرا اگر ابعاد کوچکی داشته باشند و از واحدهای سازنده یکنواخت ساخته شده باشند می‌توانند با هم برهم‌کنش داده و ساختارهای جدیدی ایجاد کنند. هر چند در طبیعت موادی نظیر پروتئین که ابعاد و شکل‌های مختلف دارند با برهم‌کنش و خودآرایی، معماری پیچیده‌ای را ایجاد می‌کنند.

محققان دانشگاه ایلینویز به بررسی چگونگی آرایش ذرات سنتز شده غیریکنواخت پرداختند و به شکل غیرمنتظره‌ای دریافتند که این ذرات در چند مرحله دچار آرایش می‌شوند. نتایج این پروژه مسیرهای تازه‌ای برای پیکربندی مجدد مواد باز می‌کند تا در نهایت بتوان مواد جدیدی برای استفاده در حوزه کاتالیست و پیل خورشیدی تولید نمود.

نتایج این پروژه در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است.

کیان چن از محققان علم مواد در دانشگاه ایلینویز می‌گوید: «خودآرایی سنتی همانند یک مغازه میوه‌فروشی است که میوه‌ها را جلوی مغازه روی هم چیده است. در این راهبرد باید میوه‌ها شبیه هم بوده و ابعاد مشابهی داشته باشند. در خودآرایی نیز باید ذرات مشابه هم باشند تا ساختار نهایی شکل گیرد.»

در این پروژه محققان به بررسی رفتار ذرات دیسکی شکل نقره پرداختند که ضخامت نانومقیاس داشته و در سیال معلق هستند. این ذرات می‌توانند خودآرایی داده و در این فرآیند همانند اتم یا مولکول رفتار کنند. بنابراین، دانشمندان از شیمی کلاسیک و نظریه‌های فیزیک برای درک رفتار این ذرات استفاده کردند.

ذرات غیریکنواخت همدیگر را دفع یا جذب می‌کنند، اما زمانی که دانشمندان به آب حاوی این ذرات مقداری نمک اضافه کردند نیروی الکترواستاتیک تغییر کرد و فرآیند خودآرایی چند مرحله‌ای شد. ذرات غیریکنواخت شروع به تشکیل ستون‌هایی از صفحه‌های نقره کردند که روی یکدیگر قرار گرفته‌اند و در نهایت ساختار پیچیده به‌صورت شبکه هگزاگونالی سه‌بعدی ایجاد شد.

این ساختار با استفاده از میکروسکوپ نوری قابل مشاهده است. نتایج این پروژه به دانشمندان اجازه می‌دهد تا راهبرد پیکربندی مواد خودآرا را توسعه دهند و ترکیبات جدیدی تولید کنند.