Cacat “angsa hitam” yang tidak terduga ditemukan untuk pertama kalinya dalam materi lunak

Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan di Texas A&M University menggunakan teknologi mikroskop elektron canggih untuk mendeteksi untuk pertama kalinya cacat mikroskopis tunggal yang disebut “kembaran” kopolimer bermassa lunak. Cacat ini dapat dimanfaatkan di masa mendatang untuk membuat material dengan sifat akustik dan fotonik baru.

“Cacat ini menyerupai angsa hitam. Ini adalah sesuatu yang luar biasa dan istimewa,” kata Dr. Edwin Thomas dari Sekolah Ilmu dan Teknik Material. “Kami telah memilih polimer khusus untuk penelitian kami, tetapi cacat kristal ganda agak lazim di seluruh berbagai sistem bahan lunak yang serupa, seperti minyak dan surfaktan, biomaterial dan polimer alam. Saya percaya, oleh karena itu, bahwa temuan kami bermanfaat untuk penelitian yang beragam di seluruh bidang materi lunak. “

Hasil Risalah National Academy of Sciences ((PNAS).

Bahan secara kasar dapat dibagi menjadi bahan keras dan lunak. Padatan seperti paduan logam dan keramik umumnya memiliki susunan atom simetris yang seragam. Selain itu, dalam masalah yang sulit, kumpulan atom yang tersusun ditempatkan ke dalam blok bangunan berskala nano yang disebut sel unit. Biasanya, sel satuan ini terdiri dari beberapa atom dan terakumulasi bersama untuk membentuk kristal periodik. Materi lunak juga dapat membentuk kristal dari sel satuan, tetapi pola periodiknya tidak pada tingkat atom. Ini berasal dari skala yang jauh lebih besar dari sekelompok makromolekul.

Khususnya, dalam kasus kopolimer diblock AB, yang merupakan jenis bahan lunak, bentuk molekul periodik terdiri dari dua rantai yang terhubung, satu rantai unit A dan satu rantai unit B. Ribuan unit dihubungkan ke setiap rantai. disebut blok, dan kristal lunak dibentuk dengan perakitan. Unit selektif A ada di lapangan dan Unit B ada di lapangan, yang merupakan unit besar dibandingkan dengan padatan. Pembentukan sel.

Perbedaan penting lainnya antara kristal lunak dan kristal keras adalah bahwa cacat struktural telah dipelajari lebih ekstensif pada padatan. Cacat ini dapat terjadi di satu lokasi atom dalam materi, yang disebut cacat titik. Sebagai contoh, kerusakan titik pada penempatan periodik atom karbon intan karena pengotor nitrogen menghasilkan intan “kenari” berwarna kuning cemerlang. Selain itu, cacat kristal dapat meluas sebagai cacat goresan atau menyebar ke seluruh area sebagai cacat permukaan.

Secara umum, cacat zat padat telah diselidiki secara ekstensif menggunakan teknik pencitraan elektronik canggih. Namun, untuk membantu menemukan dan mengidentifikasi cacat pada kristal lunak dari blok kopolimer, Thomas dan rekannya menggunakan teknik baru yang disebut mikroskop elektron dan tayangan slide. Dengan cara ini, peneliti menggunakan berkas ion tipis untuk memotong irisan yang sangat tipis dari bahan lunak, kemudian menggunakan berkas elektron untuk memotret permukaan bawah slide, kemudian mengirisnya, dan berkali-kali. Saya bisa memotretnya lagi. Kemudian kami menumpuk slide ini secara digital untuk rendering 3D.

Untuk analisis mereka, mereka memeriksa kopolimer diblock yang terdiri dari blok polistiren dan blok polidimetilsiloksan. Pada tingkat mikroskopis, sel satuan zat ini menampilkan apa yang disebut pola spasial dalam bentuk “tiroid ganda”. Ini adalah struktur periodik kompleks yang terdiri dari dua jaringan molekul yang saling terkait, satu berputar berlawanan arah jarum jam dan yang lainnya berlawanan arah jarum jam. Rotasi yang benar.

Para peneliti tidak secara aktif mencari cacat spesifik pada materi, tetapi teknik pencitraan canggih telah mengungkapkan cacat permukaan yang disebut batas ganda. Di kedua sisi persimpangan ganda, jaringan molekuler tiba-tiba berubah tangan dominannya.

“Saya suka menyebut cacat ini sebagai cermin topologi, dan ini adalah efek yang sangat keren,” kata Thomas. “Jika ada garis batas ganda, itu seperti melihat pantulan di cermin. Ketika seluruh jaringan melintasi batas, jaringan beralih ke tangan yang dominan, tangan kanan ke kiri, dan sebaliknya.”

Para peneliti menemukan bahwa hasil dari batas ganda dalam struktur periodik yang tidak memiliki kesimetrian cermin sendiri dapat menyebabkan sifat optik dan akustik baru yang membuka pintu baru bagi rekayasa dan teknologi material. Saya menambahkan bahwa ada.

“Dalam biologi, kami tahu bahwa bahkan satu cacat, mutasi pada DNA, dapat menyebabkan penyakit dan perubahan lain yang dapat diamati pada organisme. Dalam penelitian kami, ini adalah ganda. Ini menunjukkan cacat kembar tunggal dalam materi tiroid.” adalah sesuatu yang istimewa tentang memiliki cermin terisolasi dalam strukturnya, jika tidak maka tidak akan ada simetri cermin. “

untuk informasi lebih lanjut:
Xueyan Feng dkk., Visualisasi Ganda Kembar Gyroid, Risalah National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas. 2018977118