Rejtélyes rugalmas kristályok: Új kutatások derítik fényt a kristályok hajlékonyságára

Amikor rugalmasságról esik szó, általában olyan anyagok jutnak eszünkbe, mint például a gumi, ami képes visszanyerni eredeti formáját kihúzás után. Az emberiség évezredek óta használja a rugalmas anyagokat, melyek ma már az optikai szálaktól kezdve, a repülőgépeken át az épületekig mindenhol megtalálhatóak. Tudósok azonban csak most kezdik megérteni, hogyan térnek vissza eredeti alakjukba ezek az anyagok molekuláris szinten.

A „Nature Materials” című folyóiratban közzétett új tanulmányban a kutatók a rugalmas kristályok tulajdonságait használják fel annak megértésére, hogyan eredményeznek rugalmasságot a molekulák közötti kölcsönhatások. Ez új betekintést nyújt abba a modellbe, amelyet több mint 300 évvel ezelőtt Robert Hooke angol polihisztor dolgozott ki. A kutatás eredményei új módszerek kidolgozását teszik lehetővé a bonyolult légiközlekedési és építőanyagok, valamint elektronikai eszközök tervezésére.

A kristályok, melyek általában kemények és törékenyek, ismétlődő atom- vagy molekulaszerkezetekből állnak. Az általunk fejlesztett rugalmas kristályokban azonban gyenge kölcsönhatások figyelhetők meg a molekulák között. Ezek a kristályok egyszerű szerves molekulákból és fémionokból állnak össze, és olyan mértékig hajlíthatók, hogy csomót is lehet kötni belőlük anélkül, hogy a kristály megsérülne.

X-sugaras diffrakciót alkalmazva először megértettük, hogyan változik molekuláinak elrendeződése, amikor a kristályt hajlítják. Ezt követően számítógépes modellezéssel azonosítottuk a molekulapárok közötti kölcsönhatásokat. Eredményeink szerint ezek a kölcsönhatások segítségével ugyanolyan pontosan lehet kiszámítani az anyag rugalmasságát, mint az egész kristályra vonatkozó elméleti modellekkel.

Kutatásaink szerint kristályunk rendkívül rugalmas, mivel az atomok közötti kölcsönhatások nem „elégedettek” a kristály szerkezetével, ha az hajlított állapotban van. Néhány részecske az egyik, mások az ellentétes irányba szeretnének elmozdulni, így kompromisszumra kényszerülnek. Ez azt jelenti, hogy a molekulák és atomok nem állnak ellen erősen a változásoknak, így a kristály nagy rugalmasságot mutat, annak ellenére, hogy molekuláris szerkezete a szokásos, merev kristályokéra emlékeztet.

Ez az új megközelítés új utakat nyithat meg az intelligens eszközök, viselhető elektronikus készülékek, sőt akár űrhajóalkatrészek előállításában is.

Forrás: https://theconversation.com/crystals-cant-bend-or-can-they-new-research-sheds-light-on-elusive-flexible-crystals-248141
Dátum: 2025-02-21