لأول مرة تم اكتشاف عيب غير متوقع من نوع “البجعة السوداء” في مادة ناعمة

في بحث جديد ، كشف العلماء في جامعة تكساس إيه آند إم للمرة الأولى عن عيب مجهري واحد يسمى “مزدوج” في بوليمر مشترك الحجم ناعم باستخدام تقنية مجهر إلكتروني متقدم. يمكن استخدام هذا العيب في المستقبل لإنشاء كائنات ذات خصائص صوتية وفوتونية جديدة.

قال الدكتور إدوين توماس ، الأستاذ في قسم علوم وهندسة المواد: “هذا العيب يشبه البجعة السوداء – إنه ليس شيئًا مميزًا”. “حتى لو اخترنا بوليمرًا معينًا لدراستنا ، أعتقد أن العيب المزدوج في أنظمة المحتوى الدقيق المماثلة مثل الزيوت والمواد الخافضة للتوتر السطحي سيكون عالميًا للغاية. المنتجات البيولوجية والبوليمرات الطبيعية. لذلك ، ستكون النتائج التي توصلنا إليها ذات قيمة للعديد من الأبحاث في مجال المواد اللينة. “

نتائج الدراسة مفصلة عمليات الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS).

يمكن تصنيف المواد على أنها مواد عريضة أو صلبة. تحتوي المواد الصلبة مثل السبائك والفخار عمومًا على ترتيب منتظم ومتماثل للذرات. أيضًا ، في الحالة الصعبة ، فإن المجموعات المرتبة من الذرات تُنشئ نفسها كوحدات بناء نانوية ، تسمى خلايا الوحدة. عادةً ما تحتوي خلايا الوحدة هذه على عدد قليل من الذرات ويتم تجميعها معًا لتشكيل فترة زمنية. يمكن أن تشكل المواد اللينة أيضًا بلورات باستخدام خلايا الوحدة ، ولكن لا يوجد الآن جدول زمني دولة نووية؛ يحدث على نطاق واسع جدًا من تجمعات الجزيئات الكبيرة.

على وجه الخصوص ، بالنسبة للبوليمر المشترك AB دبلوك ، وهو نوع من المواد اللينة ، من وقت لآخر ، تتكون النواة الجزيئية من سلسلتين مرتبطتين: سلسلة واحدة من الوحدات وواحدة ب. تربط كل سلسلة ، تسمى كتلة ، آلاف الوحدات معًا ، وتختار وحدات من الشكل البلوري السلس A كنطاقات ووحدات B كنطاقات لتشكيل خلايا وحدة كبيرة جدًا مقارنةً بالمادة الصلبة.

الفرق الملحوظ الآخر بين البلورات الناعمة والصلبة هو أن العيوب الهيكلية تمت دراستها بمزيد من التفصيل في المادة الصلبة. يمكن أن تحدث هذه العيوب في الفضاء الذري داخل جسم يسمى عيب النقطة. على سبيل المثال ، عيوب النقطة في التواجد العرضي لذرات الكربون في الماس بسبب ملوثات النيتروجين تجعل الماس الأصفر الأنيق “الكناري”. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تمتد عيوب البلورات كعيب في الخط أو تنتشر كعيب سطحي عبر منطقة ما.

أكبر وأكبر ، عيوب مواد صلبة تم استكشافها بالتفصيل باستخدام تقنيات التصوير الإلكتروني المتقدمة. ولكن لاكتشاف وتحديد العيوب في البلورات اللينة من البوليمر المشترك ، استخدم توماس وزملاؤه تقنية جديدة تسمى الفحص المجهري الإلكتروني المقطعي والمشهد. سمحت هذه الطريقة للباحثين باستخدام شعاع أيوني مثالي لقص الأجزاء الرفيعة من المواد اللينة ، ثم قاموا بعد ذلك بإطلاق السطح أسفل القطعة باستخدام شعاع إلكتروني ، ثم قطعوا الصورة للخلف وأعلى وأعلى. ثم تم تجميع هذه القطع رقميًا معًا للحصول على عرض ثلاثي الأبعاد.

لتحليلهم ، قاموا بفحص البوليمر المشترك الثنائي المصنوع من وحدة البوليسترين ووحدات بوليديميثيل سيلوكسان. على المستوى المجهري ، تُظهر وحدة الخلية من هذه المادة شكلاً مكانيًا يسمى شكل “الغدة الدرقية المزدوجة” ، والذي يتكون من شبكتين جزيئيتين متشابكتين في فترة زمنية ، واحدة للدوران باليد اليسرى والأخرى للدوران باليد اليمنى.

على الرغم من أن الباحثين لم يبحثوا بجدية عن أي عيب محدد ، إلا أن تقنية التصوير المتقدمة اكتشفت عيبًا في السطح يُعرف باسم الحدود المزدوجة. على جانبي التقاطع المزدوج ، غيرت الشبكات الجزيئية أيديها فجأة.

قال توماس: “أحب أن أسمي هذا العيب مرآة طوبوغرافية ، وهو تأثير أنيق للغاية”. “عندما يكون لديك حد مزدوج ، فعندما تعبر كل شبكة الحدود ، تتغير أيدي الشبكات ، من اليمين إلى اليسار والعكس صحيح.”

قال الباحثون إن تأثيرات وجود حد مزدوج في هيكل الإطار الزمني دون أي تناظر زجاجي جوهري يمكن أن يؤدي إلى خصائص بصرية وصوتية جديدة من شأنها أن تفتح أبوابًا جديدة في هندسة المواد والتكنولوجيا.

“في علم الأحياء ، نعلم أن خللًا في الحمض النووي ، حتى الطفرة ، يمكن أن يسبب مرضًا أو بعض الطفرات الأخرى التي يمكن العثور عليها في الكائن الحي. في دراستنا ، أظهرنا توأمانًا منفردًا. خلل قال توماس “بمعنى الكيرويد المزدوج”. ستدرس الأبحاث المستقبلية ما إذا كان هناك أي شيء مميز حول وجود مستوي زجاجي معزول في الهيكل ، وإلا فلن يكون هناك تناظر زجاجي. ”