19/01/2011 - Es entsteht eine neue Klasse intelligenter Materialien aus Supermolekülen

Menéame

Es werden Helikoptermoleküle verwendet, die aus kleinen Latexkugeln bestehen. Ingenieure und Forscher an der University of Illinois und der Northwestern University haben den ersten Schritt zur Entwicklung einer neuen Generation intelligenter Materialien getan, die heute unvorstellbare Funktionen beinhalten könnten. Diese neuen Materialien würden aus silikonischen Supermolekülen hergestellt, die durch die Gruppierung kleiner Latexkugeln entstanden sind. Auf Pablo Javier Piacente.

Die Entstehung einer neuen Klasse intelligenter Materialien könnte heute nicht vorhandene Funktionen mit Anwendung in verschiedenen Bereichen der menschlichen Aktivität erzeugen. Die Entwicklung ist Teil einer Forschung von Spezialisten aus der University of Illinois und Northwestern University, die auf der Verwendung von supermolekularen Helicoid-Molekülen basiert.

Entsprechend dem Artikel veröffentlicht vom Forschungsteam in der Fachzeitschrift Science und in Übereinstimmung mit der Pressemitteilung Von der University of Illinois verbreitet, werden die Hubschrauber-Supermoleküle aus Koloidkugeln (speziell Latex) anstelle von Atomen oder Molekülen aufgebaut.

Diese Strukturen schaffen es, sich selbst zu verbinden und den Weg für die Entwicklung einer neuen Klasse intelligenter Materialien zu ebnen. Dabei sollten Methoden angewandt werden, die denen ähneln, die bei der Funktionalität der komplexen kolloidalen Moleküle beobachtet werden können. Steve Granick, Professor für Ingenieurwesen an der Universität Illinois und einer der Leiter des Forschungsteams, erklärte dies.

Laut Granick haben Ingenieure und Forscher kleine Latexkugeln entwickelt, die sich gegenseitig anziehen und sich gleichzeitig im Wasser abstoßen, entsprechend den geschaffenen Bedingungen. Die duale Natur dieser Sphären bietet ihnen die Fähigkeit, ungewöhnliche Strukturen zu bilden, ähnlich wie Atome und Moleküle.

Dual Natur

Während in reinem Wasser die Partikel vollständig durch die Wirkung ihrer entgegengesetzten Lasten zerstreut werden, wenn Salz zu der verwendeten Lösung hinzugefügt wird, erweichen die Ionen davon die Abstoßung der Partikel, was ihre Annäherung und Zusammenführung in verschiedenen Gruppen fördert.

Bei niedrigen Salzkonzentrationen bilden sich nur kleine Gruppen von einigen wenigen Partikeln. Auf höheren Ebenen und bei höheren Konzentrationen werden größere Gruppen gebildet, die intrinsische Hubschrauberstrukturen bilden. Dort wären die Voraussetzungen dafür gegeben, dieses Phänomen nachzuahmen und eine neue Generation intelligenter Materialien zu entwickeln.

Wie bei Atomen und Molekülen können die in dieser Forschung verwendeten Partikel immer komplexere Strukturen entwickeln und bilden. Dieses Phänomen wäre üblich, wenn wir über Atome und Moleküle sprechen würden, die chemisch zueinander reagieren, aber diese Teilchen haben den Unterschied, das oben genannte duale Verhalten zu beweisen.

Auf diese Weise entwarf das Forschungsteam Sphären mit dem richtigen Verhältnis in seinen hydrophoben Hälften, um ihre Anziehungskraft zu erreichen, die aber gleichzeitig genügend Dynamik erhalten können, um Bewegung, Veränderung und Wachstum der Gruppe von Colloidkugeln zu ermöglichen.

Weitere Überlegungen

Die Steifigkeit der Strukturen, die als Hubschrauber-Supermoleküle entwickelt werden, variiert ständig, z. B. durch ungeordnete Konstruktionen, oder die einzige Aktivität kleiner Gruppen oder sogar große Konzentrationen mit höchster Komplexität. Einer der Vorteile dieser Supermoleküle ist ihre Größe.

Da die Forscher groß genug sind, um ihr Verhalten in Echtzeit unter Verwendung eines Mikroskops zu beobachten, können sie erkennen, wann die Sphären sich vereinen und die Gruppen wachsen, sei es aus einzelnen Sphären, die sich zusammenschließen oder durch die Fusion zwischen kleinen Gruppen.

Die unterschiedlichen, auf natürliche Weise geschaffenen strukturellen Konstellationen könnten für die Entwicklung von neue Materialien clever. In diesem Fall könnten Ingenieure nützliche Formen entwickeln, die die Natur nicht wählen, schätzen und optimieren würde.

In ähnlicher Weise haben die im Rahmen der Forschung durchgeführten theoretischen Berechnungen und Computersimulationen gezeigt, dass es sich bei den häufigsten Hubschrauberstrukturen nicht um diejenigen handelt, die im Hinblick auf die Energieversorgung am günstigsten wären. Sphären hingegen werden optimal und kinetischer Art gruppiert.

Von nun an hoffen die Spezialisten, die kolloidalen Eigenschaften weiter zu studieren, um die Konstruktionstechnik zu optimieren. So könnte beispielsweise die Entwicklung von Partikeln unterschiedlicher Größe oder Form dazu führen, dass Supermoleküle mit einer besseren Kontrolle der Bildung entstehen. Diese Arbeit wurde von der Department of Energy der Vereinigten Staaten und der National Science Foundation.

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