الانتظام البنيوي للمواد الشبيهة بالسوائل المتدفقة

قطيرات متخايلة -كيرالية- تشبه الكريستال تُظهر انزلاق دوراني أحادي الاتجاه

لقد أتاحت دراسة البنى البلورية للمواد العضوية تقدمًا كبيرًا في مجال التقنية والفهم العلمي للعالم المادي. ففي الآونة الأخيرة، قام فريق بحث من طوكيو تك Tokyo Tech بمن فيهم البروفسور تكانوري فوكوشيما Takanori Fukushima بتطوير مادة عضوية جديدة ذات خصائص مدهشة وغير مسبوقة.

صمم الباحثون مشتق ثلاثي فينيل متخايل مع مماكبه الإينانتيوميري -البنى التي تملك صورة لها في المرآة- عندما تُسخن وتترك لتبرد فإن أحد متخايليها يسلك سلوك سائل، لتتجمع بعد ذلك ذاتيًا في بنية أعلى ترتيبًا.

بالاستعانة بتقنيات انحراف الأشعة السينية توصل الفريق لنتيجة، وهي أن المركب المتخايل كوّن بشكل تلقائي صفائح ثنائية الأبعاد (تبدو كنسيج متعرج) ثم تراصت مع بعضها بشكل دوري في بنية ثلاثية الأبعاد لبلورة مرتبة.

من المستغرب أن هذه القطرات تحافظ على بنية مرتبة، بحيث تنزلق وتدور بآن معًا، وذلك عندما تُترك للانزلاق تحت تأثير ثقلها على ركيزة عمودية. وبالرغم من أنه لم يتم الكشف عن سبب هذا السلوك الغير متوقع بشكل كامل، هذه المواد الجديدة قد تكون قادرة على استعاده نظامها البنيوي تلقائيًا أثناء الانزلاق لأنها تملك كلًا من خصائص السائل والمواد البلورية المنتظمة (الكريستال). علاوة على ذلك، وجد الفريق أن تخايل المركب يحدد ما إذا كانت الحركة الانزلاقية تدور مع اتجاه عقارب الساعة أو معاكسة لها.

يقول البروفيسور فوكوشيما: “حقيقة إمكانية التحكم بهذه الحركة المجهرية للقطرات من خلال النقطة الصغيرة المتخايلة التي أدرجت في السلاسل الجانبية للجزيئات هو أمر مثير للدهشة”.

سيتزايد الطلب على المواد القادرة على الحفاظ على خصائصها البنيوية مستقبلًا، لأن لها تطبيقات محتملة في مجالات مختلفة مثل الإلكترونيات والبصريات. يقول البروفيسور فوكوشيما: “إن السلوك المثير لمجموعتنا الجزيئية يعزز فهمنا الأساسي لتكوين البنية والحركية، وطور المواد اللينة”.  هذه النتائج يجب أن تكون مثيرة للاهتمام وملهمة للعلماء الذين يحاولون توضيح خصائص المواد العضوية، وبالتالي تعميق فهمنا للنظام الهيكلي في المواد اللينة، التي تشمل هذه السوائل الغروية و البوليمرات  والمواد الرغوية  والمواد الهلامية و المواد الغذائية والبلورات السائلة وعدد من المواد البيولوجية، وهذا بدوره يؤدي إلى تقدم كبير في التقنيات النانوية.

المصدر:

Tokyo Institute of Technology| 20 Feb 2019| Can a flowing liquid-like material maintain its structural order like crystals? |Retrieved from https://phys.org/news/2019-02-liquid-like-material-crystals.html