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

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

“Cacat ini seperti angsa hitam – sesuatu yang istimewa yang terjadi dan tidak khas,” kata Dr. Edwin Thomas, profesor di Departemen Ilmu dan Teknik Material. “ Meskipun kami memilih polimer khusus untuk penelitian kami, saya pikir kerugian ganda akan cukup universal di berbagai sistem bahan lunak yang serupa, seperti minyak dan surfaktan, Bahan biologi Dan polimer alami. Oleh karena itu, temuan kami akan bermanfaat bagi berbagai penelitian di bidang bahan lunak. “

Hasil studi dirinci dalam Prosiding National Academy of Sciences (PNAS).

Bahan secara luas dapat diklasifikasikan sebagai bahan keras atau lunak. Padatan, seperti paduan logam dan keramik, umumnya memiliki susunan atom yang teratur dan sangat simetris. Selain itu, dalam padatan, sekelompok atom yang teratur mengatur diri mereka sendiri menjadi blok bangunan berskala nano Sel satuan. Biasanya, sel satuan ini terdiri dari beberapa atom dan terakumulasi bersama untuk membentuk kristal periodik. Materi lunak juga dapat membentuk kristal yang terdiri dari sel-sel satuan, tetapi pola periodiknya sekarang tidak rata Tingkat atom; Itu terjadi pada skala yang jauh lebih besar daripada kumpulan partikel besar.

Khususnya, untuk kopolimer diblock AB, yang merupakan jenis bahan lunak, exciter molekuler siklik terdiri dari dua rantai terkait: satu rantai unit A dan satu rantai unit B. Setiap rantai, disebut blok, berisi ribuan unit yang disambung bersama dan kristal Soft dengan perakitan selektif unit A di domain dan unit B di domain yang membentuk sel unit mega dibandingkan dengan padatan.

Perbedaan penting lainnya antara kristal keras dan lunak adalah bahwa cacat struktural telah dipelajari lebih luas pada padatan. Cacat ini dapat terjadi di satu lokasi atom di dalam materi, yang disebut cacat titik. Misalnya, cacat titik pada susunan periodik atom karbon dalam intan karena pengotor nitrogen menciptakan intan “kenari” berwarna kuning cemerlang. Selain itu, cacat kristal dapat diperpanjang sebagai cacat garis atau tersebar di suatu area sebagai cacat permukaan.

Sebagian besar, ketidaksempurnaan ada di dalam Bahan padat Ini telah diselidiki secara ekstensif menggunakan teknik pencitraan elektronik canggih. Tetapi untuk dapat mengidentifikasi dan mengukur cacat pada kristal lunak yang dibentuk oleh kopolimer, Thomas dan rekannya menggunakan teknik baru yang disebut mikroskop elektron dan tayangan slide. Metode ini memungkinkan para peneliti untuk menggunakan sinar mikro ionik untuk memotong irisan yang sangat tipis dari bahan lunak, kemudian menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan permukaan di bawah irisan tersebut, kemudian mengiris citra tersebut berulang kali. Slide ini kemudian ditumpuk secara digital untuk rendering 3D.

Untuk analisis mereka, mereka memeriksa kopolimer dua blok yang terbuat dari blok polistiren dan blok polimetilsiloksan. Pada tingkat mikroskopis, unit sel dari bahan ini menunjukkan pola spasial yang disebut bentuk ‘tiroid ganda’, yang merupakan struktur siklik yang kompleks yang terdiri dari dua jaringan molekul yang saling terkait, satu memiliki rotasi tangan kiri dan yang lainnya , rotasi tangan kanan.

Sementara para peneliti tidak secara aktif mencari cacat tertentu pada material, teknologi pencitraan canggih mengungkapkan cacat permukaan yang disebut batas ganda. Di kedua sisi persimpangan ganda, jaringan molekul tiba-tiba mengubah cara mereka berada.

“Saya suka menyebut cacat ini sebagai cermin topologis, dan ini adalah efek yang sangat keren,” kata Thomas. “Jika Anda memiliki bingkai ganda, itu seperti melihat pantulan di cermin, di mana setiap bingkai melintasi batas, bingkai bergeser, kanan menjadi kiri, dan sebaliknya.”

Peneliti menambahkan bahwa konsekuensi memiliki ikatan ganda dalam struktur periodik yang tidak dengan sendirinya mengandung simetri cermin yang melekat dapat menyebabkan sifat optik dan akustik baru yang membuka pintu baru dalam rekayasa dan teknologi material.

“Dalam biologi, kami tahu bahwa bahkan satu cacat DNA, atau mutasi, dapat menyebabkan penyakit atau perubahan lain yang dapat diamati pada suatu organisme. Dalam penelitian kami, kami menunjukkan satu kembaran. cacat “Dalam bahan tiroid ganda, penelitian masa depan akan mengeksplorasi apakah ada sesuatu yang istimewa tentang bidang cermin terisolasi dalam struktur yang sebaliknya tidak memiliki simetri cermin,” kata Thomas.