Исследователь Лаура Росси и ее группа из Технического университета Делфта нашли новый способ создания синтетических материалов из крошечных частиц стекла — так называемых коллоидов. Вместе со своими коллегами из Королевского университета и Университета Амстердама они показали, что могут просто использовать форму этих коллоидов для создания интересных строительных блоков для новых материалов, независимо от других свойств коллоидных частиц. «Это поразительно, потому что открывает совершенно новый взгляд на дизайн материалов», — говорит Росси. Их работа опубликована в журнале Science Advances в эту пятницу.

Коллоиды представляют собой крошечные частицы размером от нескольких нанометров до нескольких микрон. Они состоят из набора молекул и могут иметь разные свойства в зависимости от материала, из которого они сделаны. «При определенных обстоятельствах коллоиды могут вести себя как атомы и молекулы, но их взаимодействие менее сильное», — объясняет Росси. «Это делает их многообещающими строительными блоками для новых материалов, например, для интерактивных материалов, которые могут адаптировать свои свойства к окружающей среде».

Новый способ проектирования материалов

Если оставить их в покое, кубические коллоиды из этого исследования, сделанные из стекла, соберутся в простые структуры, такие как искаженные кубические и гексагональные решетки. Но вместо того, чтобы сразу переходить от строительного блока к окончательной структуре, исследователи взяли небольшие группы коллоидов и объединили их в более крупные строительные блоки. Когда они собрали эти кластеры коллоидов, они получили другую окончательную структуру с другими свойствами материала, чем самособирающаяся структура. «С точки зрения химии мы всегда фокусируемся на том, как мы можем производить определенный тип коллоида», — говорит Росси. «В этом исследовании мы сосредоточились на том, как мы можем использовать уже доступные коллоиды для создания интересных строительных блоков?»

Шаг вперед

По словам Росси и ее сотрудника Грега ван Андерса, одной из конечных целей их исследовательского сообщества является разработка сложных коллоидных структур по запросу. «То, что мы здесь обнаружили, очень важно, потому что для возможных приложений нам нужны процедуры, которые можно масштабировать, чего будет трудно достичь с помощью большинства доступных в настоящее время подходов. Базовая возможность предварительной сборки идентичных частей из разных строительные блоки и заставить их создавать одну и ту же структуру, или взять один и тот же строительный блок и предварительно собрать разные части, чтобы создать разные структуры, — это действительно основные «шахматные ходы» для проектирования сложных конструкций», — добавляет ван Андерс.

Хотя Росси изучает фундаментальные аспекты, а не применение дизайна материалов, она может представить возможные приложения для этой конкретной работы: «Мы обнаружили, что плотность структуры, которую мы подготовили, была намного ниже, чем плотность структуры, которую вы могли бы получить, используя исходные строительные блоки . Таким образом, вы можете подумать о прочных, но легких материалах для транспортировки».

Объединение

После того, как команда Росси построила кластеры коллоидов в лаборатории, они обратились к команде Грега ван Андерса из Королевского университета, чтобы построить окончательную структуру из предварительно собранных кластеров с помощью компьютерного моделирования. «В таких проектах здорово иметь возможность объединиться с другими людьми, которые могут запускать симуляции, не только для того, чтобы понять, что происходит в глубине, но и для того, чтобы проверить, насколько высоки шансы на успешный лабораторный эксперимент», — объясняет Росси. . «И в этом случае мы получили очень убедительные результаты, что мы хорошо понимаем процесс проектирования и что полученный материал может быть полезен».

Следующим шагом будет создание окончательной структуры из групп коллоидов в лаборатории. «Увидев эти результаты, я уверен, что это возможно», — говорит Росси. «Было бы здорово иметь физическую версию этого материала и держать ее в руках».