Эндрю Кэрнс, аспирант Оксфордского университета и член исследовательской группы, обсудит новый материал и его применение на заседании Американской кристаллографической ассоциации, которое состоится 20-24 июля в Гонолулу.Отрицательное линейное сжатие, или НЖК, существует миллионы лет; на самом деле, биологи считают, что осьминоги и кальмары используют это явление для сокращения своих мышц. Однако только в последние десятилетия ученые научились создавать материалы с этим свойством.
Еще несколько лет назад ни одна из этих созданных руками человека структур не могла расширяться более чем на долю процента при сжатии, что делало их ограниченное использование в инженерии. Но теперь исследователи учатся создавать материалы, которые расширяются намного больше, чем известные ранее. Уловка, говорят ученые, представляющие эту последнюю работу, заключается в том, чтобы искать структуры, которые могут реагировать на давление, переставляя свои атомы в пространстве без разрушения.Материал, обнаруженный исследовательской группой, — дицианоаурат цинка, — именно это.
Его уникальная структура сочетает в себе пружинную спиральную цепочку атомов золота, заключенную в сотовый каркас из золота, цианида (углерод, связанный с азотом) и цинка. Когда цепь сжимается, соты прогибаются наружу на целых 10% — в несколько раз больше, чем было достигнуто с помощью любого предыдущего материала.
Ученые называют этот большой отклик «гигантской отрицательной линейной сжимаемостью» и сравнивают его со складной стойкой для вина, которая складывается горизонтально, существенно расширяясь в вертикальном направлении. Эндрю Гудвин из Оксфорда, руководитель исследовательской группы, говорит, что эти конструкции винных стеллажей представляют собой «новый блок в нашем наборе Lego».Уникальные свойства дицианоаурата цинка делают его перспективным для нескольких приложений.
В ближайшем будущем этот прозрачный материал можно будет использовать в качестве оптического датчика давления. Сжатие заставляет расстояние между кристаллами сужаться в одном направлении и расширяться в другом, изменяя путь света, проходящего через материал, таким образом, чтобы это было чувствительно к незначительным изменениям давления. Более долгосрочное применение — это создание искусственных мышц. Наши мышцы сокращаются в ответ на электрическое поле, но новые мышцы могут быть спроектированы так, чтобы сокращаться при приложении давления, как, по мнению биологов, делают мышцы осьминога.
Команда Гудвина сейчас работает над более полным пониманием механизмов, лежащих в основе NLC. Но даже не имея полного представления о принципах дизайна природы, они уверены, что дицианоаурат цинка уже «раздвигает границы» того, насколько далеко любой материал сможет расширяться под давлением. «У нас есть довольно хорошее представление о пределах, — говорит Гудвин. «Этот материал особенный».