Kutatók bebizonyították, hogy a kristályok annyira rugalmasak lehetnek, hogy többször is meg lehet őket hajlítani, sőt még csomót is köthetnek rá, ami teljesen a feje tetejére állítja struktúrájuk jelenlegi értelmezését, és egyben kihívást jelent a kristály meghatározását illetően.
Az iskolában azt tanultuk, hogy a kristályok törékenyek és rugalmatlanok - ha például kvarc kristályt próbálunk meghajlítani, azonnal eltörik. A legújabb kutatás azonban azt mutatja, hogy a kristályokat hajlékonnyá lehet tenni, ami egy teljesen új anyagcsoport kifejlesztése előtt nyithatja meg az utat, amelyek forradalmasíthatják az elektronikát és a technológiát. (1)
A tudósok korábban megfigyeltek már olyan kristályokat, amelyek meghajlíthatók, de ez az első alkalom, hogy a kutatók atomi szinten vizsgálták a folyamatot és meghatározták, hogy a kristályok valóban lehetnek rugalmasak, miközben megtartják hagyományos tulajdonságaikat, és ezzel felborítják a velük kapcsolatos jelenlegi tudásunkat.
"A kristályokat, amelyekkel sokat dolgozunk, tipikusan apró tömbökben növesztjük, melyek kemények és törékenyek, és amikor megütjük vagy meghajlítjuk őket, eltörnek vagy megrongálódnak," - mondta John McMurtrie, az ausztrál Queenslandi Egyetem egyik vezető kutatója. (2)
"Bár korábban megfigyelték, hogy egyes kristályok hajlíthatók, ez az első tanulmány, amely részletesen megvizsgálta a folyamatot. Azt találtuk, hogy a kristályok nem csak a kemény anyag hagyományos tulajdonságait mutatják, hanem a lágy anyagét, mint például a nejlon."
Az alábbi képen egy rugalmas kristály látható.
A kristályok a molekuláik elrendezésének módja miatt törékenyek - nagyon szervezett struktúrák, amelyek végtelenül ismétlődő molekuláris komponensekből állnak. Ez azt jelenti, hogy nem számít, milyen módon nézünk meg egy kristály szerkezetet, ugyanúgy fog kinézni.
Ez a tulajdonság teszi őket hasznossá a modern technológiák széles skálája körében, kezdve az okostelefonoktól a számítógépekig. Ám ezek a kristályok is kemények, könnyű megtörni vagy összetörni őket, ezért nem olyan hasznosak a feltörekvő technológiák esetében, mint amilyenek például a rugalmas elektronikai és optikai eszközök.
A legújabb kutatás azonban azt mutatta, hogy lehetséges rugalmas kristályok létrehozása, amelyek újra és újra meghajlíthatók, majd gyorsan visszanyerik az eredeti alakjukat, mint a nejlon.
A kutatók képesek voltak horgász damil vastagságú és mintegy 5 centiméter hosszúságú kristályokat növeszteni.
A legfontosabb azonban az, hogy ezek a rugalmas kristályok mindig megtartották a kristályokra jellemző hagyományos tulajdonságokat, amelyekre a technológiáink esetében támaszkodhatunk, ami lényegében egy teljesen újfajta anyagot jelent.
"Az általunk készített kristályok kívül esnek a hagyományosan kemény és lágy anyagi korlátok határain,"- írják a kutatók.
A kutatók a rugalmas kristályt egy réz(II)-acetilacetonát néven ismert fémvegyületből hozták létre. A vegyületet először az 1800-as évek végén készítették, de azzal, hogy megváltoztatták a molekulák kristályon belül elhelyezkedését új, rugalmas tulajdonságokat adtak neki.
Az Ausztrál Szinkrotron létesítményben létrehozott röntgensugarak alkalmazásával a csapat képes volt megvizsgálni a kristályok molekuláris elrendezését hajlítás közben, ami azt mutatta, hogy az egyes molekulák visszafordíthatóan elfordulnak, hogy az anyag rugalmassá váljon.
"Deformáció során a kristály molekulái visszafordíthatóan elfordulnak és átrendeződnek, hogy lehetővé tegyék a rugalmassághoz szükséges tömörödést és nyúlást, miközben továbbra is fenntartják a kristályszerkezet integritását," - mondta Jack Clegg, a Queenslandi Egyetem kutatóinak vezetője.
Miután megértették, hogyan működik, a kutatók bizonyítani tudták, hogy hat másik, szerkezetileg hasonló fémvegyületből készült kristály is rugalmas.
"Ez egy izgalmas lehetőség, mivel már több millió különböző típusú kristályt ismerünk, és még sok másik vár felfedezésre," - mondta McMurtrie.
"A kristály hajlítása megváltoztatja az optikai és mágneses tulajdonságait, ezért a következő lépésünk az optikai és mágneses válaszok feltárása, hogy megismerjük az új technológiák körében való alkalmazhatóságát."
http
Most, hogy tudjuk, hogyan működnek ezek a rugalmas kristályok, a következő kihívás annak meghatározása lesz, hogy ez mit jelent a kristály jelenlegi definíciójához képest, vagy pedig valójában egy teljesen új típusú anyagot fedeztünk fel.
"Például a szimmetria elvesztése, amikor egy kristály meghajlik vagy megcsavarodik azt jelenti, hogy szigorú értelemben véve már nem kristály a hagyományos definíciók szerint," - írta Clegg és McMurtrie.
A felfedezés óriási hatással lehet az új technológiákra, mivel a rugalmas kristályok olyan új hibrid és intelligens anyagokhoz vezethetnek, amelyek reagálnak a környezetük változásaira.
"Az ilyen rugalmas kristályok új, hibrid anyagokhoz vezethetnek számos alkalmazás esetében, kezdve a repülőgépek és az űrhajók alkatrészeitől a mozgás vagy nyomásérzékelőkig, valamint az elektronikus eszközökig," - mondta Clegg.
(1) - http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2848.html
(2) - https://www.qut.edu.au/news/news?news-id=122076