18:24 2022-01-19
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Teoria prezice un nou tip de legătură care asamblează cristale de nanoparticule
_ Teoria prezice un nou tip de legătură care se adună cristale de nanoparticule
Entropia, o proprietate fizică adesea explicată ca „dezordine”, este dezvăluită ca un creator de ordine printr-o nouă teorie a legăturii dezvoltată la Universitatea din Michigan și publicată în Proceedings of the National Academy of Sciences .
Inginerii visează să folosească nanoparticulele pentru a construi materiale de proiectare, iar noua teorie poate ajuta la ghidarea eforturilor de a face ca nanoparticulele să se asambleze în structuri utile. Teoria explică rezultatele anterioare care explorează formarea structurilor cristaline de către nanoparticule cu restricții în spațiu, permițând cuantificarea și valorificarea entropiei în eforturile viitoare.
Și, în mod curios, setul de ecuații care guvernează interacțiunile nanoparticulelor din cauza oglinzii entropiei cele care descriu legătura chimică. Sharon Glotzer, directorul departamentului de inginerie chimică Anthony C. Lembke, și Thi Vo, cercetător postdoctoral în inginerie chimică, au răspuns la câteva întrebări despre noua lor teorie.
Ce este legătura entropică?
p>Glotzer: „Legătura entropică este o modalitate de a explica modul în care nanoparticulele interacționează pentru a forma structuri cristaline. Este analogă cu legăturile chimice formate de atomi. Dar, spre deosebire de atomi, nu există interacțiuni electronice care țin aceste nanoparticule împreună. În schimb, atracția apare. din cauza entropiei."
"De multe ori, entropia este asociată cu dezordinea, dar este vorba într-adevăr de opțiuni. Când nanoparticulele sunt aglomerate și opțiunile sunt limitate, se dovedește că cea mai probabilă aranjare a nanoparticulelor poate fi un structură cristalină particulară. Acea structură oferă sistemului cele mai multe opțiuni și, prin urmare, cea mai mare entropie. Forțe entropice mari apar atunci când particulele devin aproape una de cealaltă."
"Făcând cele mai ample studii despre particulele sha pe și cristalele pe care le formează, grupul meu a descoperit că, pe măsură ce schimbați forma, schimbați direcționalitatea acelor forțe entropice care ghidează formarea acestor structuri cristaline. Acea direcționalitate simulează o legătură și, deoarece este determinată de entropie, o numim legătură entropică."
De ce este acest lucru important?
Glotzer: "Contribuția entropiei la crearea ordinii este adesea trecută cu vederea atunci când proiectați nanoparticule pentru auto-asamblare, dar aceasta este o greșeală. Dacă entropia vă ajută sistemul să se organizeze singur, este posibil să nu aveți nevoie să creați o atracție explicită între particule - de exemplu, folosind ADN-ul sau alte molecule lipicioase - cu o interacțiune la fel de puternică cum credeați. Cu noua noastră teorie, putem calcula puterea acelor legături entropice.”
„Deși știam că interacțiunile entropice pot fi direcționale ca legăturile, descoperirea noastră este că putem descrie acele legături cu o teorie. acea linie pentru linie se potrivește cu teoria pe care ați scrie pentru interacțiunile electronilor în legăturile chimice reale. Asta e profund. Sunt uimit că este chiar posibil să faci asta. Matematic vorbind, pune legăturile chimice și legăturile entropice pe același nivel. Acest lucru este atât fundamental pentru înțelegerea materiei, cât și practic important pentru fabricarea de noi materiale.”
Electronii sunt totuși cheia acelor ecuații chimice. Cum ați făcut acest lucru când nicio particule nu mediază interacțiunile dintre nanoparticulele dvs. ?
Glotzer: „Entropia este legată de spațiul liber din sistem, dar ani de zile nu am știut să număr acel spațiu. Cea mai mare înțelegere a acestei a fost că am putea număra acel spațiu folosind particule punctuale fictive. Și asta ne-a dat analogul matematic al electronilor.”
Vo: „Pseudoparticulele se mișcă în jurul sistemului și umple spațiile care sunt greu de umplut pentru o altă nanoparticulă – numim acest volum exclus din jurul fiecărei nanoparticule. Pe măsură ce nanoparticulele devin mai ordonate, volumul exclus în jurul lor devine mai mică, iar concentrația de pseudoparticule în acele regiuni crește. Legăturile entropice sunt acolo unde acea concentrație este cea mai mare."
"În condiții de aglomerație, entropia pierdută prin creșterea ordinii este depășită de entropia câștigat prin micșorarea volumului exclus. Ca urmare, configurația cu cea mai mare entropie va fi cea în care pseudoparticulele ocupă cel mai puțin spațiu."
Comentarii:
Adauga Comentariu