Το Stanford φέρνει την επανάσταση στην επιστήμη των υλικών με τα νανοσωματίδια που μετατρέπουν τη διαμόρφωση

Το Stanford έφερε την επανάσταση στην επιστήμη των υλικών με τα νανοσωματίδια που αλλάζουν σχήμα

του Clarence Oxford

Λος Άντζελες CA (SPX) 26 Μαρτίου 2024

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Στάνφορντ πρωτοστάτησαν στη χρήση της τρισδιάστατης νανοεκτύπωσης για να δημιουργήσουν νανοσωματίδια που θα μπορούσαν να εγκαινιάσουν μια νέα εποχή υλικών που αλλάζουν σχήμα. Η έρευνα, με επικεφαλής την επίκουρη καθηγήτρια Wendy Gu του τμήματος μηχανολογίας, επικεντρώνεται στην κατασκευή αρχιμήδειων κολοβωμένων τετραέδρων (ATT), ενός γεωμετρικού σχήματος που θεωρείτο εδώ και καιρό ότι έχει σημαντικές δυνατότητες αλλαγής φάσης, αλλά ήταν άπιαστο λόγω των προκλήσεων κατασκευής.

Η ομάδα του Gu έχει νανοτυπώσει με επιτυχία δεκάδες χιλιάδες από αυτά τα σωματίδια, τα οποία αυτοσυναρμολογούνται σε κρυσταλλικές δομές με τη δυνατότητα για γρήγορες αλλαγές κατάστασης. Αυτοί οι μετασχηματισμοί είναι παρόμοιοι με τον τρόπο παραγωγής του σκληρυμένου χάλυβα ή με τον τρόπο με τον οποίο τα ψηφιακά μέσα αποθήκευσης διατηρούν δεδομένα. Οι συνέπειες της κατάκτησης τέτοιων μεταβάσεων φάσης είναι τεράστιες, πολλά υποσχόμενες καινοτομίες στη μηχανική και την επιστήμη των υλικών.

Τα αρχιμήδεια περικομμένα τετράεδρα, γνωστά για το δυναμικό μετατόπισης φάσης τους, ήταν δύσκολο να παραχθούν εκτός προσομοιώσεων υπολογιστή. Η ομάδα του Gu, χρησιμοποιώντας την τρισδιάστατη νανοεκτύπωση, όχι μόνο πέτυχε την παραγωγή αλλά και απέδειξε τις πρακτικές εφαρμογές αυτών των σωματιδίων. Ελέγχοντας με ακρίβεια το σχήμα τους, η ομάδα έχει ξεκλειδώσει νέες γεωμετρικές δομές με πολύτιμες φυσικές ιδιότητες.

Η έρευνα υπογραμμίζει δύο ξεχωριστές γεωμετρικές διατάξεις των ΑΤΤ: ένα εξαγωνικό σχέδιο που μοιάζει με οροσειρά νανοκλίμακας και μια δομή οιονεί διαμαντιού που παρομοιάζεται με αυγά σε χαρτοκιβώτιο. Το τελευταίο, ειδικά, είναι μια περιζήτητη διαμόρφωση στη φωτονική, που ανοίγει πολυάριθμους επιστημονικούς δρόμους.

Μελλοντικά υλικά που θα αξιοποιήσουν αυτά τα τρισδιάστατα εκτυπωμένα σωματίδια θα μπορούσαν να επιτρέψουν γρήγορες, αναστρέψιμες αλλαγές φάσης μέσω εξωτερικών ερεθισμάτων, όπως μαγνητικά πεδία ή ηλεκτρικά ρεύματα. Η Gu οραματίζεται εφαρμογές που κυμαίνονται από ενεργειακά αποδοτικές επιστρώσεις ηλιακών πάνελ έως καινοτόμες λύσεις μνήμης υπολογιστών. Οι συνεχιζόμενες εργασίες στοχεύουν να εμποτίσουν αυτά τα νανοσωματίδια με μαγνητικές ιδιότητες, επεκτείνοντας περαιτέρω τη χρησιμότητά τους.

Η έρευνα του Gu, που περιγράφεται λεπτομερώς στο Nature Communications, σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην πρακτική εφαρμογή των υλικών που αλλάζουν φάση, με τη δυνατότητα να επηρεάσουν διάφορα πεδία από την ενέργεια έως την πληροφορική.

Αναφορά έρευνας:Άμεση παρατήρηση των μεταπτώσεων φάσης σε κολοβωμένα τετραεδρικά μικροσωματίδια υπό σχεδόν 2D περιορισμό

Σχετικοί Σύνδεσμοι

Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ

Ειδήσεις Διαστημικής Τεχνολογίας - Εφαρμογές και Έρευνα