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Jun 05, 2023

화학의 카멜레온: 자아

플로리다 주립대학교 작성 2023년 7월 6일 플로리다 주립대학교 화학 교수인 올리버 스타인복(Oliver Steinbock)의 연구실에서 생산된 화학 정원의 예입니다. 신용: 플로리다 주 제공

플로리다 주립대학교 2023년 7월 6일

플로리다 주립대학교 화학과 교수 올리버 스타인복(Oliver Steinbock)의 연구실에서 제작된 화학정원의 예. 신용: 플로리다 주립대학교 제공

Florida State UniversityFlorida State University (Florida State or FSU) is a public space-grant and sea-grant research university in Tallahassee, Florida, United States that was established in 1851. The university comprises 16 separate colleges and more than 110 centers, facilities, labs, and institutes that offer more than 360 programs of study, including professional school programs." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 플로리다 주립대학교 과학자들은 화학 정원의 성장, 패턴 형성 및 자가 치유 특성을 설명하는 수학적 모델을 개발했습니다. 이러한 통찰력은 자가 수리 재료의 개발로 이어질 수 있습니다.

1600년대 중반부터 화학자들은 작은 병에 금속염을 섞어서 형성되는 밝은 색상의 산호 같은 구조에 매료되었습니다.

지금까지 연구자들은 화학적 정원이라고 불리는 이러한 믿을 수 없을 정도로 단순한 관형 구조가 어떻게 작동하는지, 그리고 그 형성을 지배하는 패턴과 규칙을 모델링할 수 없었습니다.

이번 주 Proceedings of the National Academy of Sciences에 발표된 논문에서, 플로리다 주립 대학 연구자들은 이러한 구조가 어떻게 위쪽으로 성장하고, 다양한 모양을 형성하며, 유연한 자가 치유 물질에서 유연한 물질로 변하는 방법을 설명하는 모델을 제시했습니다. 더 부서지기 쉬운 것.

“In a materials context, it’s very interesting,” said FSU Professor of Chemistry and Biochemistry Oliver Steinbock. “They don’t grow like crystals. A crystal has nice sharp corners and grows atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 원자층별로 원자층. 그리고 화학 정원에 구멍이 생기면 자가 치유됩니다. 이는 스스로 재구성하고 수리할 수 있는 재료를 만드는 방법을 배우는 초기 단계입니다.”

일반적으로 금속염 입자를 규산염 용액에 넣으면 화학적 정원이 형성됩니다. 용해된 소금은 용액과 반응하여 용액에서 위쪽으로 분출되는 반투막을 생성하여 산호와 유사한 생물학적 구조를 만듭니다.

과학자들은 1646년에 처음으로 화학 정원을 관찰했으며 수년 동안 그 흥미로운 구조에 매료되었습니다. 화학은 열수 분출공의 형성 및 불용성 튜브가 형성될 수 있는 강철 표면의 부식과 관련이 있습니다.

“사람들은 이것이 이상한 일이라는 것을 깨달았습니다.”라고 Steinbock은 말했습니다. “그들은 화학 분야에서 매우 오랜 역사를 가지고 있습니다. 실증 실험에 가까워졌지만 지난 10~20년 사이에 과학자들이 다시 관심을 가지게 됐어요.”

박사후 연구원 Bruno Batista 및 대학원생 Amari Morris와 함께 Steinbock이 개발한 수학적 모델에 대한 영감은 두 개의 수평 판 사이에 있는 더 많은 양의 규산염 용액에 염 용액을 꾸준히 주입하는 실험에서 나왔습니다. 이는 뚜렷한 성장 모드를 보여주었으며, 처음에는 재료가 신축성 있게 시작되었지만, 시간이 지나면서 재료가 더 단단해지고 부러지는 경향이 있었습니다.

두 층 사이의 제한으로 인해 연구원들은 꽃, 머리카락, 나선 및 벌레처럼 보이는 다양한 모양 패턴을 시뮬레이션할 수 있었습니다.

그들의 모델에서 연구자들은 화학 정원 개발 과정에서 이러한 패턴이 어떻게 나타나는지 설명했습니다. 소금 용액은 화학적 구성에 따라 매우 다양할 수 있지만, 해당 모델은 형성의 보편성을 설명합니다.

예를 들어, 패턴은 느슨한 입자, 접힌 막 또는 자체 확장 필라멘트로 구성될 수 있습니다. 이 모델은 또한 미세한 침해에 반응하여 새로운 막이 팽창한다는 관찰 결과를 검증하여 재료의 자가 치유 능력을 입증했습니다.