[ad_1]
(Noticias de Nanowerk) Meter varios pares de zapatos en una maleta de vacaciones, girarlos y voltearlos en diferentes configuraciones para que quepan en cada par necesario es un problema de optimización bien conocido que enfrentan los viajeros estresados. Los ingenieros conocen bien el mismo problema: ¿cómo empaquetar una cantidad de objetos de cierta forma en un contenedor? ¿Y qué patrón formará este empaque?
A diferencia del contenido de una maleta, la forma en que las partículas microscópicas se juntan puede usarse para alterar las propiedades de los materiales que las componen; por ejemplo, cómo pasa la luz o la electricidad. Los científicos de materiales han estudiado durante mucho tiempo cómo el ensamblaje de partículas en espacios confinados puede usarse como una herramienta para impartir nuevas capacidades a los materiales, pero aún no se comprende cómo las partículas con formas únicas interactúan con una barrera.
![Ensamblaje de tetraedros acortados en las esquinas](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61322.php/id61322_1.jpg)
Un nuevo estudio realizado por investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Cornell usó simulaciones por computadora para mostrar cómo la disposición de los tetraedros de esquinas truncadas, una forma de partícula con cuatro caras hexagonales y cuatro caras triangulares, se ve afectada cuando se colocan en contenedores esféricos. incluido. Los resultados publicados en la revista materia blanda («Tuning Assembly Structures of Hard Shapes in Confination via Interface Curvature») ofrece a los científicos de materiales un nuevo método para controlar la estructura del ensamblaje y las propiedades del material resultante.
«Anteriormente, los teóricos habían realizado principalmente simulaciones con esferas porque la mayoría de las partículas son más o menos esféricas, y eso era lo más fácil desde el punto de vista computacional», dijo Rachael Skye, estudiante de posgrado y primera autora del estudio, «pero los experimentadores siguen encontrando formas emocionantes de controlar la forma y ahora pueden.» producen partículas coloidales como tetraedros, octaedros o cubos. Con poder computacional avanzado, podemos simular estas formas, pero también ir más allá y predecir qué podrían hacer las partículas nuevas, aún no sintetizadas”.
![Simulaciones de 10.000 partículas en contenedores esféricos vistas desde el exterior y como secciones transversales](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61322.php/id61322_2.jpg)
Para llenar el vacío de conocimiento sobre cómo se ensamblan estas formas de partículas en la inclusión, Skye y la autora principal del estudio, Yulia Dzhemukhadze, profesora asistente de ciencia e ingeniería de materiales, simularon ensamblajes de partículas tetraédricas en contenedores esféricos. Cada uno contenía solo cuatro partículas y hasta 10.000. En cada simulación, el contenedor con el número programado de partículas se encogería tanto como fuera posible.
«Esta simulación imita cómo se fabrican algunos materiales coloidales, colocando partículas en una gota de líquido que se contrae a medida que se evapora», dijo Dzhemukhadze.
Estas partículas pueden encajar juntas de varias formas, pero hay dos motivos distintos: alineadas, con caras hexagonales adyacentes, o antialineadas, con una cara hexagonal junto a una triangular. Cada motivo impulsa una estructura general que se adapta de manera diferente a los límites de los contenedores.
«Si tiene estas partículas antialineadas, puede formar muy bien capas planas y apilarlas infinitamente anchas, lo que hace un cristal realmente bueno», dijo Dzhemukhadze, y agregó que este motivo es el preferido cuando hay una gran cantidad de partículas debido a que son más grandes. el tamaño del contenedor tiene menos curvatura, «pero una vez que ha alineado las partículas, la estructura puede formar un motivo curvo que encaja mejor en una capa esférica. Con recuentos de partículas pequeñas, se prefiere el motivo alineado porque los contenedores más pequeños tienen grandes curvaturas”.
![un racimo coloidal](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=61322.php/id61322_3.jpg)
Los resultados ofrecen a los científicos de materiales un método para hacer crecer cristales grandes en sistemas de partículas que normalmente no se ensamblan en estructuras ordenadas. Otros métodos para lograr un cristal bien ordenado incluyen técnicas como «sembrar» el material con partículas restringidas en orientaciones específicas que impulsan la estructura correspondiente, pero tales métodos requieren la fabricación de nuevos tipos de partículas, lo cual es menos sencillo en una realización experimental. serían estos sistemas. Por el contrario, la formación de cristales sobre un sustrato plano suele ser la norma, y este estudio muestra cómo esta técnica puede beneficiar a la estructura resultante.
«Los cristales coloidales tienden a ser pequeños y llenos de defectos, pero para que sean útiles para la mayoría de las aplicaciones deben ser bastante grandes y libres de defectos», dijo Skye. «La idea es que al elegir adecuadamente su contenedor o pared, puede crear un cristal mucho más grande y de mejor calidad que de otra manera».
Skye agregó que esta técnica de ensamblaje se puede usar en campos como la plasmónica y la fotónica para orientar la misma partícula de dos maneras diferentes, lo que permite a los ingenieros crear dispositivos que tienen diferentes respuestas según la formación de ensamblaje elegida.
[ad_2]