یک تئوری جدید که دیدگاهمان را در باره ساختار پلیمر تغییر می دهد

دانشمندان پلیمر دانشگاه ماساچوست ، معمای دیرینه ای که در خصوص  یک ساختار پیچیده در مقیاس نانو وجود داشت را حل کرده اند.

این ساختار توسط مجموعه ای از مولکول ها به نام ژیروید دوگانه تشکیل شده است که یکی از مطلوب‌ترین شکل‌ها برای دانشمندان مواد بوده و کاربردهای گسترده‌ای دارد.

اما درک چگونگی شکل گیری این ساختار برای داشنمدان تبدیل به یک چالش بزرگی شده بود که اخیرا توسط محققین دانشگاه ماساچوست حل شده است.

جرج گراسون، نویسنده ارشد مقاله و پروفسور علوم و مهندسی پلیمر در UMass Amherst :

تعامل بسیار شگفت انگیز و در عین حال پیچیده ای بین ریاضیات محض و علم مواد وجود دارد که دست یافتن به راز ارتباط این دو علم می تواند کمک شایانی به دانشمندان در درک چگونگی شکل گیری مواد در حالت طبیعی کند.

مایکل دیمیتریف، محقق فوق دکترا در علوم و مهندسی پلیمر در UMass Amherst:

همانطور که میدانید ماده ها می توانند اشکال مختلفی داشته باشند. آنها می توانند ساده باشند، مانند یک لایه، استوانه یا کره هدف ما آشکارسازی راز پنهانی در ارتباط با هندسه این مواد می باشد که به پلیمرها اجازه می دهد شکل دو ژیروید را به خود بگیرند.

ژیروید چیست ؟

ابهیرام ردی، محقق فوق دکترا در Northwestern :

ژیروید چیزی بین یک لایه و یک استوانه می باشد به عبارت ساده تر، یک قسمت صاف از صفحه پنجره را تصور کنید و سپس آن را به شکل یک لایه زین مانند که در یک جعبه مکعبی قرار می گیرد، بچرخانید، به گونه ای که سطح آن تا حد امکان کوچک بماند. این یک ژیروید است

ژیروید دوتایی چیست؟

زمانی که ماده دومی به شکل ژیروید پیچیده می شود، شکاف های ژیروید اول را پر می کند. هر ماده ژیروییدی ، شبکه ای از لوله ها را تشکیل می دهد که به یکدیگر نفوذ می کنند. آنها با هم یک ماده بسیار پیچیده را تشکیل می دهند مانند بسیاری از کریستال ها، اما کانال های هزارتویی که هر کدام از واحدهای مولکولی متفاوتی تشکیل شده اند. از آنجایی که این ماده ترکیبی از دو ژیروید است، می توان آن را طوری مهندسی کرد که خواص متناقضی داشته باشد.

این ژیروئیدهای دوتایی در طبیعت وجود دارند و مدت‌هاست که مشاهده شده‌اند، اما تاکنون هیچ کس کاملاً متوجه نشده است که مولکول‌های زنجیره‌ای که به عنوان کوپلیمرهای بلوکی شناخته می‌شوند، چگونه ژیرویدهای دوگانه را تشکیل دهند. ردی و همکارانش بر اساس یک مدل نظری ، و با استفاده از علم هندسه محاسباتی یک رویکرد جدید در ارتباط با نحوه شکل گیری ژیرویدها ارائه کردند.

این تیم یک ظرف خالی با ظرفیت محدود را پر از ژیروید کرده و از لحاظ ترمودینامیکی متوجه شدند مولکول ها برای خودآرایی و اشغال هر بخشی از ظرف مورد نظر نیاز به کشش دارند.

درک این شکل‌گیری مستلزم دانستن معمای اندازه گیری مولکول های ژیروید می باشد که چگونه این مواد ظرفیت یک شکل را اندازه گرفته و خود را با آن منطبق می کنند.

 مدل نظری به روز شده این تیم نه تنها شکل‌گیری گیج‌کننده ژیرویدهای دوگانه را توضیح می‌دهد، بلکه نویدبخش درک چگونگی خودآرایی در ابرسازه‌هایی، مانند الماس‌ها یا حتی ساختارهایی است که هنوز کشف نشده اند.

محققان که توسط وزارت انرژی ایالات متحده حمایت مالی می‌شوند، قصد دارند با شیمی‌دانان در این خصوص همکاری کنند تا تئوری خود را با داده‌های تجربی اصلاح کنند. هدف نهایی این است که بتوانیم طیف گسترده ای از مواد که از ساختار ژیروید دوگانه بهره می برند و می توانند به پیشرفت بسیاری از فناوری ها مانند باتری های قابل شارژ و پوشش های بازتابنده نور کمک کنند را  مهندسی کنیم.

آدرس اصلی مقاله

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/05/220516163616.htm