Голландские ученые продемонстрировали новый способ создания синтетических материалов на основе крошечных частиц — коллоидов. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, авторы использовали коллоиды для создания строительных блоков для новых материалов.

Коллоиды представляют собой крошечные частицы размером от нескольких нм до нескольких мк. Они состоят из набора молекул и могут иметь разные свойства в зависимости от материала, из которого они сделаны. В своей работе исследователи использовали кубические коллоиды, сделанные из стекла. Ученые говорят, что если оставить такие частицы в покое, то они быстро собираются в простые структуры, такие как искаженные кубические и гексагональные решетки.

Вместо этого авторы исследования взяли небольшие группы коллоидов и объединили их в более крупные строительные блоки. Собранные вместе такие кластеры частиц формировали структуру со свойствами отличными от самособирающейся.

Химики использовали эмульсию вода-в-масле, чтобы собрать небольшие кластеры из частиц. Этот метод, как отмечают авторы, позволяет частицам свободно диффундировать внутрь капель во время сжатия, управляя их ориентацией и влияя на геометрию конечной структуры. Затем ученые сжимали медленно испаряющиеся капли воды. Частицы внутри сформированного «строительного блока» удерживаются вместе сильными силами Ван-дер-Ваальса. Исследователи отмечают, что одна из целей исследования создать технологию разработки сложных коллоидных структур по запросу.

«Базовая способность предварительно собирать одинаковые детали из разных строительных блоков и создавать из них одинаковую структуру, или брать один и тот же строительный блок и предварительно собирать разные части, из которых получаются разные структуры, на самом деле являются основными “шахматными ходами” для сложных инженерных конструкций», — говорит Грег ван Андерс, один из участников исследования.

С помощью компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов химики показали возможность создания и строительных блоков, и сложных структур, основанных на этих блоках. При этом моделирование помогает спроектировать свойства будущего материала. А специфические свойства коллоидов, по словам ученых, могут использоваться для создания адаптивных материалов.

«При определенных обстоятельствах коллоиды могут вести себя как атомы и молекулы, но их взаимодействие менее сильное. Это делает их многообещающими строительными блоками для новых материалов, например, для интерактивных материалов, которые могут адаптировать свои свойства к окружающей среде», — объясняет Лаура Росси, руководитель исследования.