Partículas microscopicamente pequenas podem se automontar espontaneamente em estruturas em camadas complexas com propriedades notáveis, de acordo com cálculos realizados na TU Wien.

Existem muitas maneiras de criar novos, materiais inovadores. Um dos mais interessantes é um processo pelo qual minúsculas partículas se auto-montam para formar estruturas complexas. Este processo, referido como "auto-organização, "abre algumas oportunidades notáveis, como agora foi demonstrado por simulações de computador realizadas na TU Wien. Macromoléculas simples são capazes de formar sistemas em camadas que podem ser simultaneamente sólidos e líquidos dentro de uma ampla faixa de temperatura.

Cargas repulsivas e atraentes

"O conceito básico é amplamente explorado na natureza, "explica o professor Gerhard Kahl, do Instituto de Física Teórica da TU Wien." Vírus e bactérias costumam exibir cargas de superfície. Isso significa que eles se atraem ou se repelem, dependendo do tipo de carga que carregam. Como resultado, ligação seletiva pode ocorrer entre essas entidades, permitindo que eles se montem em algo interessante, estruturas funcionais. "

Um processo semelhante também é possível com partículas feitas pelo homem - por exemplo, esferas pequenas (coloidais) às quais uma carga elétrica positiva é aplicada em duas regiões de superfície opostas. Se as condições ambientais forem adequadas, tais partículas podem se automontar para formar uma camada bidimensional. As partículas então se tornam compactadas, formando um padrão hexagonal, com as regiões de superfície carregadas das partículas alinhadas de modo que formem fortes ligações atrativas. Este padrão de ligação torna a camada extremamente estável.

Como demonstraram Emanuela Bianchi e Silvano Ferrari do grupo de trabalho de Gerhard Kahl, isso permite que um fenômeno interessante ocorra, a saber, que várias dessas camadas podem então se juntar simultaneamente. Partículas adicionais podem então ocupar posições entre as camadas, estabelecendo laços fortes entre essas camadas. Essas partículas de ligação fixam as camadas no lugar, o que significa que eles não podem mais mudar um em relação ao outro; portanto, um estábulo, A estrutura multicamadas é formada de forma completamente autônoma por meio da auto-organização de partículas aleatórias que por acaso estão passando.

Sólido e líquido:o mini wafer de chocolate

As características especiais dessas estruturas tornam-se aparentes quando a temperatura é elevada:"As ligações dentro das camadas individuais são muito mais fortes do que as ligações entre as camadas, "explica Gerhard Kahl." Se a temperatura aumentar, são as ligações mais fracas entre as camadas que se rompem primeiro; as partículas podem então se mover livremente como um líquido enquanto as próprias camadas permanecem estáveis. "Este efeito é semelhante a uma bolacha de chocolate no calor do verão, com chocolate líquido imprensado entre sólidos, camadas de wafer estáveis. "Este é um fenômeno notável. Estamos lidando com um material único que consiste em apenas um tipo de partículas, ainda pode formar uma estrutura que compreende camadas sólidas e líquidas ao mesmo tempo. "

Este cenário pode ser observado em uma ampla faixa de temperatura; é apenas quando a temperatura é tão alta que até mesmo as ligações estáveis ​​dentro das camadas individuais são quebradas que a estrutura se desfaz e derrete completamente. Até então, o sistema demonstra uma capacidade excepcional de autocura:mesmo quando danificado, logo é reparado automaticamente por partículas que passam aleatoriamente.

Os experimentos já começaram para testar os usos potenciais dessas novas idéias. Existem muitos usos possíveis para estruturas deste tipo. "Essas estruturas nos permitiriam controlar com precisão o transporte de partículas por meio de mudanças sutis de temperatura, "diz Gerhard Kahl. Isso poderia ser usado na medicina, por exemplo, a fim de transportar a medicação exatamente para o local apropriado no corpo.