Звуковые волны помогли создать уникальные узоры из углеродных наночастиц
Представьте себе шахматную доску. Вы можете взять квадрат два на два из двух черных плиток и двух белых, а затем скопировать и вставлять их до тех пор, пока не получится полная шахматная доска. Такие «периодические» структуры с повторяющимися узорами встречаются в кристаллах. Возьмем, к примеру, крупинку соли. На атомном уровне она представляет собой решетку из атомов натрия и хлора. Вы можете скопировать и вставить решетку из одной части кристалла и найти совпадение в любой другой части.
Но квазипериодическая структура обманчива. Одним из ее примеров является паттерн, называемый мозаикой Пенроуза. На первый взгляд геометрические ромбовидные плитки кажутся расположенными в правильном порядке, но получить такой узор копированием и вставкой одного элемента мозаики не получится — он не совпадет. Исследователи давно пытаются синтезировать материалы с квазипериодической внутренней структурой. Одним из шагов на пути к этому стало создание подобных узоров из углеродных частиц при помощи ультразвука.
В новой работе исследователи обнаружили, что двух пар параллельно расположенных генераторов ультразвуковых волн достаточно, чтобы расположить частицы в квазипериодической структуре. Затем авторы решили попробовать создать такие узоры при помощи четырех пар генераторов. Для этого им пришлось провести теоретические расчеты и множество экспериментов, но в конечном итоге авторы доказали, что осуществить это возможно.
Исследователи установили четыре пары ультразвуковых генераторов в вершины восьмиугольной сетки, на которую поместили углеродные наночастицы, взвешенные в воде. Контролируя частоту и интенсивность колебаний звуковых волн, ученые смогли добиться того, что частицы организовались в узор, похожий на мозаику Пенроуза. Теперь ученые планируют создать материал с такой внутренней структурой на основе полимерного соединения.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Материалы с квазипериодической структурой могут обладать рядом уникальных свойств. Чтобы их синтезировать, ученые создали установку, которая позволяет генерировать такие структуры при помощи ультразвука