研究人员发现用微小颗粒构建合成材料的新方法

2022年05月28日 09:33 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

荷兰代尔夫特理工大学的研究人员Laura Rossi和她的小组发现了一种用微小的颗粒--所谓的胶体--制造合成材料的新方法。他们与来自女王大学和阿姆斯特丹大学的研究人员一起表明,可以简单地利用这些胶体的形状来制造新材料的有趣构件,而不考虑胶体颗粒的其他属性。 Rossi表示:“这很引人注目,因为它开辟了一种思考材料设计的全新方式。”

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胶体是微小的颗粒,大小从几纳米到几微米。 它们由分子的集合组成,可以有不同的属性,这取决于它们的材料。Rossi解释说:“在某些情况下,胶体可以表现得像原子和分子,但它们的相互作用不那么强烈。这使它们成为新材料的有希望的构件,例如可以使其特性适应环境的互动材料。”

如果不加处理,这项研究中的立方体胶体由玻璃制成,会自行组装成简单的结构,如扭曲的立方体和六方体格。但是,科学家们没有立即从构件到最终结构,而是采取了小群的胶体,将它们组合成更大的构件。当他们组装这些胶体团时,他们最终得到了一个与自组装结构不同的最终结构,具有不同的材料特性。“从化学的角度来看,我们总是专注于我们如何能够产生某种类型的胶体,”Rossi说。“在这项研究中,我们已经将重点转移到:我们如何利用已经存在的胶体来制造有趣的构件?”

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根据Rossi和她的合作者Greg van Anders的说法,他们研究团体的最终目标之一是按需设计复杂的胶体结构。“我们在这里发现的东西非常重要,因为对于可能的应用,我们需要有可以扩大规模的程序,这是目前大多数可用方法难以实现的。”van Anders补充说:“从不同的构件中预先组装相同的‘棋子’,并让它们组成相同的结构,或者用相同的构件预先组装不同的‘棋子’,组成不同的结构,这种基本能力实际上是工程复杂结构的基本‘棋步’。”

尽管Rossi研究的是材料设计的基本方面而不是应用,但她可以预见这项具体工作的最终应用。“我们发现,我们准备的结构的密度比你通过使用起始构件获得的结构的密度低得多。因此,你可以考虑用于运输的强而轻的材料。”

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在Rossi的团队在实验室里建造了胶体集群后,他们依靠女王大学的Greg van Anders团队,用计算机模拟的方式从预组装的集群中建造出最终的结构。“对于这类项目,能够与其他能够运行模拟的人合作是非常好的,不仅可以深入了解正在发生的事情,还可以测试实验室实验成功的机会有多大,”Rossi解释说。“而在这种情况下,我们得到了非常有说服力的结果,即我们很好地理解了设计过程,所产生的材料可以是有用的。”

下一步将是在实验室里实际建造由胶体组制成的最终结构。“在看到这些结果后,我相信它可以做到,”Rossi说。“如果能有这种材料的物理版本,并把它拿在手里,那就太好了。”

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