2 februarie 2023

Filmele S.F. in care vedeam nanoparticule si mici robotei care puteau circula prin corpul uman nu mai sunt de multa vreme o realitate la care doar putem visa. Astazi nanostiinta si nanotehnologia sunt folosite mai mereu in tot felul de studii si cercetari, dar si in afara laboratorului, in domeniul medical, de exemplu, sau in inginerie sau alte domenii unde e nevoie de ele.

Ceea ce isi doresc oamenii de stiinta si cei care proiecteaza materialele viitorului este sa obtina calitati si proprietati cat mai interesante ce pot transforma materialele de maine in cele mai rezistente si mai flexibile tipuri de materiale pentru indeplinirea oricarui scop propus, indiferent care e el… Si acest lucru se va putea indeplini in viitorul nu tocmai indepartat datorita unui studiu recent legat de organizarea nanoparticulelor si de forma pe care o pot lua la un moment dat.

Am auzit cu totii de prea multe ori despre nanostiinta, stiinta care se ocupa cu studiul, manipularea si de ingineria materialelor, particulelor si structurilor la scara nanometrica. Proprietatile importante ale materialelor, electrice, optice, termice sau mecanice sunt determinate de asamblarea atomilor si moleculelor la scara nanometrica, cu formarea unor structuri mai mari la final. Ele difera spre deosebire de scara macrometrica si asta pentru ca, atunci cand discutam despre mecanica cuantica efectele devin mai importante.

O aplicatie a nanostiintei e nanotehnologia. Se folosesc nanomateriale si componente la scara nanometrica pentru a realiza produse utile. In viitor vom putea face si mai multe materiale personalizate, adaptate nevoilor noastre, cu proprietati noi, noi componente nanoelectronice si noi tipuri de senzori poate sau interfete intre electronica si sistemele biologice.

La baza nanotehnologiei stau nanoparticulele nu mai mari de 1-100 nanometri marime. Nu sunt detectate de ochiul uman, au proprietati fizice si chimice diferite fata de particulele mai mari. Cele mai multe nanoparticule sunt formate doar din cateva sute de atomi, deci sunt extrem de mici.

Recent, oamenii de stiinta au dezvoltat o noua strategie pentru a ajuta la construirea de materiale cu proprietati unice optice, magnetice, electronice, catalitice. Structurile in forma de morisca se autoasambleaza si sunt formate din nanoparticule, au o caracteristica importanta denumita chiralitate-practic se construieste ceva complex in structuri la orice scara, de la molecule la galaxii. Doar cateva exemple de chiralitate-ADN-ul uman, moleculele organice, mainile umane. Ea apare mai ales in obiectele in care avem mai mult de un aranjament spatial. In molecule putem avea doua randuri de atomi care au aceeasi compozitie, dar fiecare in parte are o orientare un pic spre stanga sau spre dreapta.

Studiul adus in discutie si cercetarile aferente au avut loc la University of Illinois Urbana-Champaign si la University of Michigan si extinde discutia despre chiralitate si la structuri si ansambluri de „grilaje” facute din nanoparticule necesare la crearea de metamateriale, materiale ce vor interactiona cu imprejurimile pentru a indeplini anumite functii importante.

Dar eforturile de a avea chiralitate de la ansambluri spontane de nanoparticule nu au avut succesul dorit intotdeauna. Nu s-a putut obtine un design pentru metamateriale suficient de bun pentru ca structurile obtinute au fost prea mici si instabile.

Si cu toate astea studiile noi au reusit sa se foloseasca de caracteristicile materialelor poroase pentru a asambla „grilaje” reconfigurabile din nanoparticule in forma de piramida mai mici de 100 nanometri. Structura rezultata a fost suficient de mare pentru a putea fi vazuta si cu ochiul liber. Modelarile din trecut nu au prezis legatura dintre aceasta forma si chiralitate. Structurile in forma de morisca ajung sa aiba si proprietatea chiralitate in substraturi.

„Instrumentul” care a facut posibil un rezultat excelent al studiului a fost tehnica microscopiei electronice in faza lichida-un fel de acvariu in miniatura care permite observarea nanoparticulelor in timpul asamblarii lor in forma asteptata. Acest instrument a permis si o cercetare mai amanuninta a proprietatii nanoparticulelor si formelor obtinute.

De acum se pot observa si manipula usor interactiunile nanoparticulelor in timp real, se pot influenta miscarile pentru a se forma un design in forma de morisca foarte interesant. Pe langa aceasta tehnica speciala s-a folosit si un miscoscop electronic ultrarapid pentru a intelege mai bine ce se intampla cand are loc asamblarea in forma dorita. Alte tehnici nu au permis observacrea directa a raspunsului chirale ale obiectelor. Dincolo de raspunsurilor chiroptice comportamentul structurilor in forma de morisca va fi aplicat si in alte studii la fel de interesante.

Aceste structuri ciudate isi reconfigureaza propria structura, proprietate utila in proiectarea castilor de lupta si avioanelor. Pe viitor s-ar putea obtine alte „aparatori” chirale din materiale rezistente formate din nanoparticule sintetice. Se vor obtine foarte usor metastructuri cu o activitatea chiroptica si proprietati mecanice. Intreaga comunitate de oameni de stiinta care studiaza nanonmaterialele va profita de pe urma acestor analize si descoperiri de data recenta.

Ramane de vazut ce alte descoperiri vor mai fi facute pe baza acestor studii si cercetari foarte interesante si daca nanoparticulele viitorului si modul in care se comporta ele ne vor ajuta sa atingem si sa depasim noi limite ale stiintei si ale intelegerii lumii in care traim. Pana atunci ne uitam cu interes la astfel de studii si incercam sa gasim cat mai multe aplicatii pentru orice fel de descoperiri apar si vor mai aparea in jurul nostru.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *