|
اغلب برای استفاده از ویژگی‌های منحصر به فرد نانومواد باید نانوذرات در یک معماری
خاصی آرایش یابند. برهمکنش میان نانوذرات یا تأثیرات حاصل از گرد هم آمدن آنها در
ساختارهای بزرگ‌تر، می‌تواند به ویژگی‌های نوری، مغناطیسی یا کاتالیستی جالب توجهی
منجر شود که در نهایت دانشمندان و مهندسان می‌توانند از این ویژگی‌ها در مواد و
کاربردهای جدید بهره ببرند.
در سال‌های اخیر علاقه زیادی به بلورهای کلوئیدی که نوعی آرایش تناوبی از نانوذرات
هستند، جهت استفاده به عنوان بلورهای فتونیکی، الگوهایی برای بلورهای فتونیکی،
حسگرها، ابزارهای اپتیکی و الکترواپتیکی، و به عنوان سیستم‌های مدل برای مطالعه
فرایندهای بلوری شدن ایجاد شده است.
در حال حاضر موفقیت بسیاری از این کاربردهای بالقوه محدود به توانایی دانشمندان در
کنترل ساختار این بلورهای کلوئیدی می‌باشد. به طور معمول تبلور کلوئیدهای یکپارچه
منجر به ایجاد ساختارهای مکعبی وجوه مرکزپُر یا شش‌وجهی‌های فشرده می‌گردد.
چند ساختار بلوری کلوئیدی دیگر نیز اخیراً گزارش شده‌اند، اما آنها یا نیاز به
تعادل دقیق برهمکنش‌های الکتروستاتیک بین ذرات کلوئید داشته و یا اینکه مبتنی بر
هدایت نانوذرات روی الگوهای لیتوگرافی می‌باشند که سپس هندسه چند لایه در یک فیلم
نازک را دیکته می‌کنند.
تحقیق جدیدی که به تازگی انجام شده است منجر به راهکار کاملاً متفاوتی برای بلوری
کردن کلوئیدها شده است که در نتیجه آن بلورهای کلوئیدی مکعبی حاصل می‌شوند که در آن
سلول‌های واحد در هر سه بعد گسترش یافته‌اند. ساختار مکعبی ساده حتی در ساختارهای
اتمی نیز به ندرت دیده می‌شود. در این راهکار جدید، بلورهای مکعبی ساده از یک
فرایند ترکیبی متشکل از جداشدن (disassemble) و خودآرایی ساختار هدایت شده توسط یک
بستر در یک واکنش تک‌مرحله‌ای ایجاد می‌شوند.
شکل مکعب ساده‌ترین و معمول‌ترین شکل در بلورها می‌باشد. دانشمندان سه حالت برای
شکل مکعبی تعریف کرده‌اند: مکعبی ساده، مکعبی مرکزپُر(bcc)، و مکعبی وجوه
مرکزپُر(fcc).
دکتر آندریاس استین استاد شیمی دانشگاه مینسوتا و یکی از محققان این پژوهش می‌گوید:
«راهکار ما برای ایجاد ساختارهای متناوب از نانوذرات هم‌شکل مبتنی بر مفهوم جدیدی
از ترکیب سنتزهای جداکردن (بالا به پایین) و خودآرائی (پایین به بالا) می‌باشد. در
بلورهای کلوئیدی که مجدداً آرایش یافته‌اند، سیستم مکعبی ساده (که حتی در ساختارهای
اتمی نیز به ندرت دیده می‌شود) در سه بعد گسترش می‌یابد».
وی اضافه می‌کند: «زمانی که ما سنتز نانوذرات شکل‌یافته را با دیگر ترکیبات بررسی
می‌کردیم، مکانیسم خودآرائی جدیدی کشف کردیم. زمانی که سنتز جداکردنی برای ترکیبی
از اکسید تیتانیوم-اکسید فسفر اجرا شد، نانومکعب‌هایی تشکیل شده و در نهایت شگفتی،
این مکعب‌ها به یک آرایه منظم با تقارن مکعبی ساده خودآرایی کردند».
|
