Samomouporządkowanie i samoorganizacja w materiałach – podstawy

Skoro zamieściłem już i pokrótce omówiłem podstawy,dotyczące samoorganizacji,pora przejść do kwestii praktycznych. Przede wszystkim,co oczywiste samoczynnie tworzenie się złożonej struktury w materiałach zachodzi głównie w stanach pośrednich pomiędzy stanem płynnym a krystalicznym. Kryształ jest bowiem nazbyt stabilną (termodynamicznie i nie tylko) strukturą,natomiast ciecz – wprost przeciwnie.
Jednocześnie jednak materiał taki jest w jakiś sposób uporządkowany – zwykle od klasycznej skali nano,po skalę rzędu jednego lub kilku mikronów (µm). Nie mówimy tu jednak o ścisłym uporządkowaniu,ale o relatywnym uporządkowaniu w skalach nanoskopowych i mezoskopowych (artykuł po angielsku o fizyce zjawisk mezoskopowych do przeczytania na wikipedii).

Jeśli chodzi o materiały, podlegające samouporządkowaniu i samoorganizacji – przynajmniej w najbardziej prymitywnych jego formach – powiązane są z nim szczególnie:

Natomiast do substancji,których rola w samoorganizacji i samouporządkowaniu jest bardziej kompleksowa zaliczamy np:

Samym samouporządkowaniem w materiałach, w dużej części zajmuje się dziedzina chemii, znana jako chemia supramolekularna ,zaś pod względem chemicznym, dużą rolę w samoorganizacji odgrywają np: odpowiednia geometryczna struktura cząsteczek, wynikająca z hybrydyzacji elektronowej,ruchy browna i ruch cząsteczek,przemiany fazowe i zjawiska termodynamiczne, oraz wiązania chemiczne wodorowe i van der Waalsa. Istotną rolę odgrywają też prawdopodobnie wiązania wielokrotne i zjawiska elektrostatyczne, czy wiele innych zjawisk.Cała sprawa jest bardziej skomplikowana,niż się to na pierwszy rzut oka wydaje,a same zjawiska związane z samoorganizacją są nadal badane.

Należy jasno zaznaczyć,że nie ma w tym nic dziwnego,że samoorganizacja wymaga jednak sprzyjających warunków. Życie na dobrą sprawę też wymaga,a badane obecnie procesy samoorganizacji, z oczywistych przyczyn – poza samoorganizacją, związaną z dostępnymi już związkami organicznymi dotyczą zjawisk,których kompleksowość jest stosunkowo ograniczona,a tym samym możliwa do pojęcia przez człowieka.

Należy pamiętać,że chodzi tu o stosunkowo proste zjawiska, w porównaniu np. z kompleksowością zachowania komórki.Naukowo udowodniono istnienie tzw. „fal metabolicznych” w komórce, związanych z równowagą chemiczną i adhezją itd,niemniej badania nad dokładnym przebiegiem tych bardzo szybkich i kompleksowych zjawisk wciąż trwają.

Zastosowanie w praktyce samoorganizacji ma dość istotne znaczenie w rozwoju inżynierii materiałowej.Niewątpliwie, największe sukcesy osiągane są w związkach organicznych i metaloorganicznych – jednak nie tylko. Dużym sukcesem jest wytwarzanie w oparciu o metodologię samoorganizacji – dzięki doborowi odpowiednich związków chemicznych nanokrystalicznych cząstek o kontrolowanym rozmiarze,a nawet produkcja kropek kwantowych – których potencjał w medycynie,plazmonice itd jest naprawdę ogromny („czapka niewidka” lub kubity w komputerach kwantowych, to tylko przykład ich zastosowań).

Kluczem do uzyskania nanokrystalitów dzięki metodologii samouporządkowania, jest odpowiedni dobór substancji powierzchniowo czynnych i nie tylko.Dzięki zastosowaniu związków amfifilowych lub supra-amfifilowych,a następnie ich odpowiedniemu usunięciu.Brzmi prosto,proste nie jest,ponieważ chemicznie procesy te opierają się na złożonym doborze równowagowych warunków pomiędzy przyciąganiem a odpychaniem i wymagają bardzo dokładnej kontroli procesu.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s