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Un défaut inattendu du “cygne noir” découvert pour la première fois dans la matière molle

by Nouvelles

Crédit: Domaine public CC0

Dans de nouvelles recherches, les scientifiques de Texas A&M ont révélé pour la première fois un seul défaut microscopique appelé «jumeaux» dans un copolymère à masse molle, en utilisant une technologie de microscopie électronique avancée. Ce défaut pourra être exploité dans le futur pour créer des matériaux aux nouvelles propriétés acoustiques et photoniques.


“Ce défaut est comme un cygne noir – quelque chose de spécial qui se produit et qui n’est pas typique”, a déclaré le Dr Edwin Thomas, professeur au Département de science et génie des matériaux. «Bien que nous ayons sélectionné un polymère spécifique pour notre étude, je pense que le double inconvénient serait assez universel dans un certain nombre de systèmes similaires de matériaux souples, tels que les huiles et les tensioactifs, Matériaux biologiques Et les polymères naturels. Par conséquent, nos résultats seront utiles pour diverses recherches dans le domaine des matériaux souples. “

Les résultats de l’étude sont détaillés dans Les travaux de l’Académie nationale des sciences (PNAS).

Les matériaux peuvent généralement être classés comme matériaux durs ou mous. Les solides, tels que les alliages métalliques et les céramiques, ont généralement une disposition régulière et hautement symétrique des atomes. De plus, dans un solide, des groupes d’atomes ordonnés sont disposés en blocs de construction à l’échelle nanomatique Cellules unitaires. Normalement, ces cellules unitaires sont constituées de plusieurs atomes et s’accumulent ensemble pour former le cristal périodiquement. La matière molle peut également former des cristaux constitués de cellules unitaires, mais le modèle périodique n’est pas maintenant égal Niveau atomique; Il se produit à une échelle beaucoup plus grande que les assemblages de grandes particules.

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En particulier, pour le copolymère dibloc AB, qui est un type de matériau mou, l’excitateur moléculaire cyclique est constitué de deux chaînes liées: une chaîne d’unités A et une chaîne d’unités B.Chaque chaîne, appelée bloc, contient des milliers d’unités jointes ensemble et un cristal mou par l’assemblage sélectif d’unités A dans des domaines et des unités B dans des domaines qui forment des cellules méga-unitaires par rapport au solide.

Une autre différence notable entre les cristaux durs et mous est que les défauts structurels ont été étudiés plus en détail dans le solide. Ces défauts peuvent se produire dans un seul emplacement atomique à l’intérieur du matériau, appelé défaut ponctuel. Par exemple, des défauts ponctuels dans l’arrangement périodique des atomes de carbone dans un diamant dus à des impuretés d’azote créent un diamant jaune “canari” brillant. De plus, les défauts cristallins peuvent se prolonger en tant que défauts de ligne ou s’étendre sur une zone en tant que défauts de surface.

Dans une large mesure, les imperfections sont à l’intérieur Matériau solide Cela a été largement étudié à l’aide de techniques d’imagerie électronique avancées. Mais pour identifier et quantifier les défauts des cristaux mous en copolymère, Thomas et ses collègues ont utilisé une nouvelle technique appelée microscopie électronique et diaporamas. Cette méthode a permis aux chercheurs d’utiliser un micro-faisceau ionique pour couper une très fine tranche de matériau souple, puis d’utiliser un faisceau d’électrons pour imaginer la surface sous la tranche, puis de découper l’image encore et encore. Ces diapositives ont ensuite été empilées numériquement pour la lecture 3D.

Pour leur analyse, ils ont examiné un copolymère à deux blocs constitué d’un bloc de polystyrène et d’un bloc de polyméthylsiloxane. Au niveau microscopique, l’unité cellulaire dans ce matériau présente un modèle spatial avec la forme dite «double thyroïde», qui est une structure cyclique complexe, composée de deux réseaux moléculaires entrelacés, l’un avec rotation gauche et l’autre avec droite rotation.

Alors que les chercheurs ne recherchaient pas activement des défauts de matériaux spécifiques, la technologie d’imagerie avancée a révélé un défaut de surface appelé la double frontière. De part et d’autre de la double jonction, les réseaux moléculaires changent soudainement leur façon de fonctionner.

“J’aime appeler ce défaut un miroir topologique et c’est un effet très cool”, a déclaré Thomas. “Quand on a un double bord, c’est comme se regarder dans un miroir dans un miroir, où chaque grille traverse les frontières, les grilles bougent, la droite devient gauche et vice versa.”

Le chercheur a ajouté que les conséquences d’une double liaison dans une structure périodique qui ne contient pas de symétrie inhérente aux miroirs peuvent conduire à de nouvelles propriétés optiques et acoustiques qui ouvrent de nouvelles portes dans l’ingénierie et la technologie des matériaux.

«En biologie, nous savons que même un seul défaut d’ADN, ou mutation, peut provoquer une maladie ou tout autre changement observable dans un organisme. Dans notre étude, nous n’avons montré qu’un seul jumeau. défaut “Dans un matériau à double thyroïde, les recherches futures exploreront s’il y a quelque chose de spécial à propos d’un plan de miroir isolé dans une structure qui autrement n’a pas de symétrie de miroir”, a déclaré Thomas.


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Plus d’information:

Xueyan Feng et al., Visualisation d’une glande thyroïde double jumelle, Les travaux de l’Académie nationale des sciences (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018977118

citation: Un défaut inattendu du point faible «cygne noir» a été découvert pour la première fois (19 mai 2021) Extrait le 19 mai 2021 de https://phys.org/news/2021-05-unuable-black-swan-defect -soft. html

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