Kristal Jeller, Bulutlardaki Buz Kristalleri Gibi Oluşurlar
(Şekil: Üst paneller kolloidal parçacıkların farklı toplama desenlerini gösteren eş odaklı mikroskop (confocal microscope) deneylerinden taramalardır. Alt paneller bilgisayar tarafından üretilen üç boyutlu yapıları gösterir ve burada her küre bir kolloidal parçacığı gösterir. Kristalin bir ortamda parçacıklar, kristal-jel yapısındaki bolluklarını vurgulamak için kırmızı renkle renklendirilmektedir. Görüntü: Dr John Russo, Bristol Üniversitesi)
İngiltere’nin Bristol Üniversitesi’ndeki bilim insanları ilk kez parçacık seviyesinde çözünürlükle bir kristal jel oluşumunu gözlemlediler ve bu yeni malzemelerin oluştuğu koşulları çalışmak için onlara izin veriyorlar. Çalışma, kristal büyüme mekanizmasının bulutlardaki buz kristal büyümesiyle aynı stratejileri izlediğini gösteriyor. Bu benzerlik ise; bu temel süreçleri anlamamızı geliştirebilir.
Buna ilaveten yeni mekanizma, devamlı bir süreçte sünger benzeri nano gözenekli kristalleri kendiliğinden oluşturması için araştırma takımına olanak sağlamıştır. Metallerin ve yarıiletkenlerin nano gözenekli kristalleri “dealloying” olmadan elde edilebilir ve böylece katalitik, optik, sensör ve filtrasyon uygulamaları için önemli olabilir.
Çalışma Japonya’dan Tokyo Üniversitesi (deneylerin yapıldığı yer), Bristol Üniversitesi ve Lyon, Fransa’daki Lumiere Matiere Enstitüsü arasındaki işbirliğidir. Bulgular Nature Materials’da dergide yayınlandı.
Bristol Üniversitesi’nin Matematik bölümünde ve yayının yardımcı yazarı olan John Russo “Özellikle bazı yeni oluşum mekanizmaları gözlemledik” demiştir. Bu kristal-jel yapılarını elde etmek için, orijinal jel yapısının yapısal bir yeniden yapılanmasına uğraması gerektiğini keşfettik. Buradaki kolloidal parçacıklar arasındaki bağlar jelin hızlı büyümesi süresince (stres odaklı yaşlanma olarak adlandırılan bir süreç) biriken iç stresi salıvermek için kırılırlar.
“Bundan sonra, jel dallarının kristalize olma yolunun su damlacıklarının bulutlardaki kristalleşme sürecini anımsattığını gözlemledik. Sonra bir ara gaz fazı boyunca kristalizasyon süreçlerini gözlemleyebildik. Sonuçta, bu temel süreçler parçacık seviyesinde çözünürlükle ilk kez gözlendi ki buda sürecin nasıl gerçekleştiğine dair benzeri görülmemiş bir bakış açısını bize vermektedir. ”
Yayın, iyi bir çözücüde kısa polimer zincirleriyle mikrometre boyutundaki kolloidal parçacıkların karıştırılmasıyla elde edilen maddenin dengede olmayan fazındaki deney sonuçlarını bildirir. Polimerlerin rolü, kökeni tamamen entropik olan ve bitme olarak adlandırılan fiziksel bir etki nedeniyle kolloidal parçacıklar arasında etkin bir çekim indüklemek içindir.
Deneyin başlangıcında, kolloidal parçacıklar elektrostatik itme nedeniyle birbirlerini iterler. Kolloidal parçacıklar arasında bitme çekimini indüklemek için, numune yarı geçirgen bir membran aracılığıyla bir tuz çözeltisiyle temas ettirilir. Yarı geçirgen membran aracılığıyla tuz difüzyonlandığından dolayı kolloidal parçacıklar arasında elektrostatik itme görüntülenir ve sonra yığınlaşma başlar. Tüm yığınlaşma işlemleri, farklı yüksekliklerde numuneyi hızlı tarayan eş odaklı mikroskopla gözlemlenir. Bu, araştırmacıların koloidal parçacıkların koordinatlarını görüntü analizi ile yeniden oluşturmalarına ve bu parçacıkların birkaç saat boyunca nasıl hareket edeceğini incelemelerine olanak tanır.
Eğer polimer konsantrasyonu yüksekse, sistem bir jel oluşturacaktır (yapıyı sertleştiren yapıya sertlik veren ve sistemin tamamına yayılmış dalları birbirine bağlayan form için kolloidal parçacıkları toplayan düzensiz bir hal).
Russo, “Bunun yerine gösterdiğimiz şey, eğer polimer konsantrasyonunu doğru değerde ayarlarsak (kritik nokta olarak adlandırılana yakın), sistem kolloidal parçacıkları kristal dallarından yapılmış gözenekli bir malzeme menşei vererek jel yapısı süresince kristalize eden farklı bir tip jel oluşturacaktır” diye açıklamıştır.
Kaynak : materialstoday.com
