TU Delft 的研究員 Laura Rossi 和她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種用微小玻璃顆粒(即所謂的膠體)制造合成材料的新方法。他們與來自女王大學(xué)和阿姆斯特丹大學(xué)的同事一起表明，他們可以簡(jiǎn)單地利用這些膠體的形狀為新材料制造有趣的構(gòu)件，而不管膠體顆粒的其他特性如何。“這很引人注目，因?yàn)樗_辟了一種全新的材料設(shè)計(jì)思考方式，”羅西說。他們的工作發(fā)表在本周五 的《科學(xué)進(jìn)展》上。

膠體是微小的顆粒，尺寸從幾納米到幾微米。它們由一組分子組成，并且可以根據(jù)它們的材料而具有不同的特性。“在某些情況下，膠體可以表現(xiàn)得像原子和分子，但它們的相互作用不那么強(qiáng)烈，”羅西解釋道。“這使它們有望成為新材料的基石，例如可以使它們的特性適應(yīng)環(huán)境的交互式材料。”

材料設(shè)計(jì)新方法

如果不理會(huì)，這項(xiàng)研究中由玻璃制成的立方體形膠體將自行組裝成簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，如扭曲的立方和六邊形晶格。但研究人員并沒有立即從積木到最終結(jié)構(gòu)，而是將一小部分膠體組合成更大的積木。當(dāng)他們組裝這些膠體簇時(shí)，他們最終得到了一種不同的最終結(jié)構(gòu)，其材料特性與自組裝結(jié)構(gòu)不同。“從化學(xué)的角度來看，我們總是專注于如何生產(chǎn)某種類型的膠體，”羅西說。“在這項(xiàng)研究中，我們將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到：我們?nèi)绾问褂靡呀?jīng)可用的膠體來制造有趣的積木?”

向前邁出一步

根據(jù) Rossi 和她的合作者 Greg van Anders 的說法，他們研究界的最終目標(biāo)之一是按需設(shè)計(jì)復(fù)雜的膠體結(jié)構(gòu)。“我們?cè)谶@里發(fā)現(xiàn)的東西非常重要，因?yàn)閷?duì)于可能的應(yīng)用，我們需要有可以擴(kuò)大規(guī)模的程序，這是目前大多數(shù)可用方法難以實(shí)現(xiàn)的。從不同的預(yù)組裝相同部件的基本能力積木，并讓它們制作相同的結(jié)構(gòu)，或者使用相同的積木并預(yù)先組裝不同的部件來制作不同的結(jié)構(gòu)，這實(shí)際上是設(shè)計(jì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的基本“棋步”，”范安德斯補(bǔ)充道。

盡管羅西研究的是基礎(chǔ)方面而不是材料設(shè)計(jì)的應(yīng)用，但她可以設(shè)想這項(xiàng)特定工作的最終應(yīng)用：“我們發(fā)現(xiàn)，我們制備的結(jié)構(gòu)的密度遠(yuǎn)低于使用“ _ _

聯(lián)手

羅西的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建了膠體簇后，他們依靠皇后大學(xué)的 Greg van Anders 團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算機(jī)模擬從預(yù)先組裝的簇中構(gòu)建了最終結(jié)構(gòu)。“通過這些項(xiàng)目，能夠與其他可以運(yùn)行模擬的人合作非常棒，不僅可以深入了解正在發(fā)生的事情，還可以測(cè)試實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)成功的機(jī)會(huì)有多大，”羅西解釋說. “在這種情況下，我們得到了非常令人信服的結(jié)果，即我們很好地理解了設(shè)計(jì)過程，并且最終的材料很有用。”

下一步將是在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)際構(gòu)建由膠體組制成的最終結(jié)構(gòu)。“在看到這些結(jié)果后，我相信它可以做到，”羅西說。“擁有這種材料的物理版本并將其握在手中會(huì)很棒。”