Nanotechnologia

Niezwykłe kształty atomów w mezoskali – struktur zbudowanych z mikrokropelek zamkniętych w mniejszych mikrokropelkach – uzyskali polscy naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej przy Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Odkrycie to było możliwe dzięki nowej metodzie precyzyjnej kontroli rozmieszczenia malutkich segmentów płynów umieszczonych jedne w drugich. Technika ta, przyczyniając się do rozwoju dziedziny systemów mikroprzepływowych może znaleźć zastosowanie w medycynie i w inżynierii materiałowej.

Prestiżowy magazyn naukowy „Physical Review Letters” opublikował wyniki badań grupy polskich naukowców z IPC PAS w Warszawie, która odkryła nową metodę kontroli kształtu struktur, tzw. mezoatomów, formowanych poprzez umieszczanie mikrokropelek w większych kropelkach. Badania te zwiększają możliwość kontroli procesu samoorganizowania się materii. Podczas eksperymentów badacze zaobserwowali również formowanie się struktur mikrokropelek o niesamowitych kształtach.

Naukowcy od dawna wiedzieli o  możliwości wprowadzenia do kropli jednego płynu szeregu kropelek innego, niemieszalnego płynu. Znano również zdolność wprowadzonych kropelek do organizowania się w stabilne struktury. Zakładano jednak, iż kształty tych struktur zależały jedynie od liczby kropelek je formujących, co zdecydowanie ograniczało liczbę możliwych kombinacji.

„Udowodniliśmy, że kształty struktur kształtujących się spontanicznie wewnątrz kropli nie zależą tylko od ich liczby, ale również od względnych proporcji ich objętości. Odkrycie drugiego parametru znacznie ułatwia formowanie atomów mezoskalowych. W rezultacie możemy dowolnie manipulować spontanicznym procesem o olbrzymim potencjale”, wyjaśnia profesor Piotr Garstecki z IPC PAS.

Stabilne struktury kropelek wewnątrz innych są produkowane w instytucie przy pomocy systemów mikroprzepływu, formowane z płyt z tworzyw sztucznych tworzących rodzaj pokryw, na których znajduje się sieć starannie zaprojektowanych rowków. Po zabezpieczeniu obu pokryw, wgłębienia te stają się kanałami o średnicy poniżej milimetra, wypełnionymi płynem. Gdy małe porcje płynu roboczego, niemieszającego się z płynem nośnym  są wprowadzane do mikrokanalików, formują się kropelki. Technika opracowana w IPC PAS umożliwia precyzyjne kontrolowanie ruchu maleńkich segmentów płynu.

„Podczas naszych badań wprowadziliśmy równe, małe porcje barwionej wody, bezpośrednio po sobie, do kanalików wypełnionych olejem. Olej nie miesza się z wodą, więc powstały „sznureczki” małych, prawie identycznych niebieskich kropelek. Niezwykłe rzeczy zaczęły się dziać, gdy rząd kropelek pływających w jednym oleju został wprowadzony do innego typu oleju, niemieszającego się z dwoma pozostałymi płynami”,  opisuje dr Jan Guzowski. Napięcie powierzchniowe płynu otaczającego kropelki sprawia, że sam formuje krople. Podczas tego procesu kropelki wewnętrzne, wystawione na działanie wielu sił, ulegają deformacji i porządkują się aby zminimalizować energię powierzchni płynu, która je ogranicza. Tym samym tworzą się unikalne struktury atomów mezoskalowych. Uczeni zaobserwowali również różnorodne kształty geometryczne atomów. Prawdziwym zaskoczeniem były struktury zawierające wewnętrzne kropelki ułożone w rzędzie, jedna po drugiej, jak groszki w strąku.

Źródło artykułu

Źródło grafiki