Hạt nano vàng biết “chảy như chất lỏng”
Các nhà khoa học tại Đại học Tohoku (Nhật Bản) vừa khiến thế giới ngỡ ngàng khi phát hiện ra rằng hạt nano vàng được phủ lớp phân tử hữu cơ đặc biệt có khả năng thể hiện hành vi giống chất lỏng – tức là chúng có thể tự sắp xếp lại toàn bộ cấu trúc chỉ nhờ một thay đổi nhiệt độ nhỏ hoặc một lực nén cơ học, Interesting Engineering thông tin ngày 14/5.
[Hạt nano vàng (AuNPs) là các hạt vàng nguyên chất có kích thước siêu nhỏ, thường từ 1 đến 100 nm].
Vàng ở cấp độ nano.
“Nghiên cứu này chứng minh rằng những thay đổi cực nhỏ ở cấp độ phân tử có thể tạo ra sự biến đổi cấu trúc kịch tính trong toàn hệ thống hạt nano”, Giáo sư Kiyoshi Kanie, Đại học Tohoku, chia sẻ. “Chúng tôi tin rằng phát hiện này mở ra con đường mới để thiết kế các vật liệu thông minh, có khả năng phản ứng linh hoạt với môi trường xung quanh.”
Kết quả thực nghiệm cực kỳ ấn tượng:
Ở nhiệt độ phòng, các hạt nano tụ lại thành những cụm rời rạc, hình đảo — giống những hòn đảo nhỏ nằm rải rác. Khi tăng nhiệt độ lên ~40°C (chỉ ấm hơn nhiệt độ cơ thể người một chút), chúng dần chuyển sang dạng chuỗi dài, rồi kết nối thành mạng lưới rộng lớn. Khi nén lớp hạt nano, mạng lưới lại tự thu về thành các cụm đảo như ban đầu.
Cơ chế đứng sau hiện tượng này được làm sáng tỏ nhờ đo đạc tia X tại cơ sở synchrotron DESY ở Hamburg, Đức: Hai loại phân tử trên bề mặt hạt nano tự phân phối lại khi gặp kích thích bên ngoài, làm thay đổi hình dạng biểu kiến của hạt nano — và từ đó kéo theo sự tái cấu trúc toàn bộ lớp vật liệu.
Chìa khóa mở ra kỷ nguyên vật liệu hoàn toàn mới
Khi các hạt nano vô cơ tập hợp lại với nhau, các tính chất quang học, điện tử và từ tính của chúng phụ thuộc rất nhiều vào cách chúng sắp xếp. Kiểm soát được sự sắp xếp đó theo ý muốn – bằng nhiệt độ, bằng áp lực – chính là kiểm soát được tính năng của vật liệu.
Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Mỹ này đặt nền móng cho một thế hệ vật liệu hoàn toàn mới: Vật liệu thích ứng – biết tự thay đổi cấu trúc để phản ứng với môi trường, như da người biết co lại khi lạnh, giãn ra khi nóng.
Từ màn hình dẻo, cảm biến thông minh, đến các thiết bị y sinh có thể tự điều chỉnh bên trong cơ thể – những ứng dụng tiềm năng đang rộng mở hơn bao giờ hết.
