U nanomaterijalima, oblik je sudbina. To jest, geometrija čestice u materijalu definiše fizičke karakteristike rezultujućeg materijala.
„Kristal napravljen od nano-kuglični ležajevi će se urediti drugačije od kristala napravljenog od nano-kockica i ovi aranžmani će proizvesti veoma različita fizička svojstva“, rekla je Vendi Gu, docentka mašinstva na Univerzitetu Stanford, predstavljajući svoj najnoviji rad. koji se pojavljuje u časopisu Nature Communications.
„Koristili smo tehniku 3D nanoštampe da bismo proizveli jedan od najperspektivnijih poznatih oblika — Arhimedove skraćene tetraedre. To su tetraedri mikronske razmere sa odsečenim vrhovima.“
U radu, Gu i njeni koautori opisuju kako su nanoštampali desetine hiljada ovih izazovnih nanočestica, mešali ih u rastvor, a zatim gledali kako se sami sastavljaju u različite obećavajuće kristalne strukture. Što je još kritičnije, ovi materijali se mogu prebacivati između stanja za nekoliko minuta jednostavnim preuređivanjem čestica u nove geometrijske obrasce.
Ova sposobnost da se menjaju „faze“, kako inženjeri materijala govore o kvalitetu promene oblika, slična je atomskom preuređenju koje gvožđe pretvara u kaljeni čelik, ili u materijalima koji omogućavaju računarima da čuvaju terabajte vrednih podataka u digitalnom obliku.
„Ako možemo da naučimo da kontrolišemo ove fazne pomake u materijalima napravljenim od ovih Arhimedovih skraćenih tetraedara, to bi moglo da vodi u mnogim obećavajućim inženjerskim pravcima“, rekla je ona.
Dugo se teoretiziralo da su Arhimedovi skraćeni tetraedri (ATT) među najpoželjnijim geometrijama za proizvodnju materijala koji mogu lako da menjaju fazu, ali su donedavno bili izazovni za proizvodnju – predviđeni u kompjuterskim simulacijama, ali ih je teško reprodukovati u stvarnom svetu.
Gu brzo ističe da njen tim nije prvi koji je proizveo arhimedove skraćene tetraedre na nanosmeru u količini, ali su među prvima, ako ne i prvi, koji su koristili 3D nanoštampanje da to urade.
„Sa 3D nanoštampom možemo da napravimo skoro svaki oblik koji želimo. Možemo veoma pažljivo da kontrolišemo oblik čestica“, objasnio je Gu. „Simulacije su predvidele da ovaj konkretan oblik formira veoma zanimljive strukture. Kada ih možete spakovati zajedno na različite načine, oni proizvode vredna fizička svojstva.“
ATT formiraju najmanje dve veoma poželjne geometrijske strukture. Prvi je heksagonalni obrazac u kome tetraedri ravno stoje na podlozi sa svojim skraćenim vrhovima koji su usmereni nagore poput planinskog lanca nanorazmera. Drugi je možda još više obećavajući, rekao je Gu.
To je kristalna kvazidijamantska struktura u kojoj se tetraedri smenjuju u orijentaciji nagore i nadole, kao jaja koja se nalaze u kutiji za jaja. Aranžman dijamanta se smatra „svetim gralom“ u zajednici fotonike i mogao bi da vodi u mnogim novim i zanimljivim naučnim pravcima.
Ono što je najvažnije, međutim, kada su pravilno projektovani, budući materijali napravljeni od 3D štampanih čestica mogu se brzo preurediti, lako se prebacujući napred-nazad između faza uz primenu magnetnog polja, električne struje, toplote ili druge inženjerske metode.
Gu je rekla da može da zamisli premaze za solarne panele koji se menjaju tokom dana kako bi maksimizirali energetsku efikasnost, hidrofobne filmove novog doba za krila i prozore aviona koji znače da se nikada ne zamagljuju ili zaleđuju, ili nove vrste računarske memorije. Lista se nastavlja i nastavlja.
„Trenutno radimo na tome da ove čestice učinimo magnetnim da bismo kontrolisali kako se ponašaju“, rekla je Gu o svom najnovijem istraživanju koje je već u toku koristeći Arhimedove skraćene nanočestice tetraedra na nove načine. „Mogućnosti tek počinju da se istražuju.“
