Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Organizacja kryształów koloidalnych

Nanocząstki są syntetyzowane w szerokim zakresie rozmiarów i kształtów o różnych właściwościach. Zmiana ich w kryształy koloidalne lub szkła fotoniczne wymaga spakowania ich w uporządkowane organizacje (skupiska) o konkretnych właściwościach elektronicznych i optycznych.
Organizacja kryształów koloidalnych
Finansowany przez UE projekt COSAAC (Computational study of assisted assembly of colloids) miał za zadanie zbadać możliwość wspomagania tworzenia się takiej uporządkowanej struktury. Naukowcy prowadzili eksperymenty z użyciem zewnętrznych pól elektrycznych oraz zmiany warunków termodynamicznych, w których organizowane są nanocząsteczki.

Wśród badanych możliwości znalazła się organizacja kryształów koloidalnych z użyciem zalążków struktury docelowej. Wspomagając formowanie lodu zalążkami, naukowcy mogli zmierzyć tempo zarodkowania lodu w temperaturach pomiędzy -35 i -40 stopni Celsjusza.

Zespół COSAAC połączył dane eksperymentalne z wynikami symulacji, aby przewidzieć tempo zarodkowania lodu w szerszym zakresie temperatur. Ich przewidywania stanowią cenny wkład w modele zmiany klimatu, które odtwarzają formowanie się lodu w chmurach troposferycznych.

Naukowcy zbadali również wykorzystanie pęsety optycznej, aby zamknąć cząstki i wspomóc formowanie się rejonów krystalicznych. W symulacjach komputerowych wzrostu zarodkowania kryształu byli w stanie oszacować energię powierzchniową kryształ-ciecz zarówno dokładnie, jak i szybko.

Wspomagając formowanie się kryształów tymi technikami, COSAAC odkrył procesy fizyczne odpowiedzialne za efekt spowalniania zarodkowania lodu w wyniku działania ciśnienia. Ten efekt pozwala na krioprezerwację próbek biologicznych, która może być wzmocniona zastosowaniem ciśnienia i pól elektrycznych.

Zbadano również organizację nieuporządkowanych struktur poprzez zmianę warunków termodynamicznych umożliwiających ich formowanie się. Eksperymenty koncentrowały się wokół koloidalnych szkieł złożonych z cząstek o kulistym kształcie. Aby zmodyfikować odporność szkła na krystalizację, wystarczyła jedynie nagła zmiana ciśnienia.

Krystalizacja jest powszechnie znana jako dewitryfikacja (odszklenie) i trzeba jej zapobiegać, aby zapewnić pożądane właściwości mechaniczne szkła. Aby zminimalizować zawartość kryształów, naukowcy opracowali specjalne protokoły kompresji do formowania wspomaganego ciśnieniem. Zrozumienie procesu dewitryfikacji było pierwszym krokiem w celu uniknięcia tego efektu.

W przeciwieństwie do samoorganizacji struktur krystalicznych, metodologia opracowana dla wspomaganej organizacji ma potencjalne zastosowanie w wytwarzaniu od podstaw materiałów funkcjonalnych o szerokim zakresie zastosowań. Wiele ważnych wyników projektu COSAAC zostało opisanych w 15 artykułach opublikowanych w recenzowanych czasopismach międzynarodowych.

Powiązane informacje

Tematy

Life Sciences

Słowa kluczowe

Kryształ koloidalny, szkło fotoniczne, COSAAC, samoorganizacja, wspomagana organizacja
Numer rekordu: 190988 / Ostatnia aktualizacja: 2017-02-06
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę