Jeżeli ściśniemy normalny, zwykły przedmiot ze wszystkich stron, skurczy się on ze wszystkich stron. Jednak istnieje pewna dziwna grupa materiałów, które podczas ściskania rosną wzdłuż jednej osi.
Zespół chemików z University of Oxford w Wielkiej Brytanii odkrył kolejną tego rodzaju strukturę, która rozszerza się bardziej pod wpływem ciśnienia bardziej niż jakikolwiek inny znany materiał. Odkrycie może doprowadzić do powstania nowych czujników ciśnienia oraz sztucznych mięśni.
Mowa o dwucyjanozłocianie cynku Zn[Au(CN)2]2, który został zaprezentowany przez Adrew Crains’a podczas spotkania American Crystallographic Association 20-24 lipca 2013 w Honolulu.
Ujemna ściśliwość liniowa (NLC – Negative Linear Compression), istnieje od milionów lat. Biolodzy uważają, że ośmiornice i kalmary wykorzystują to zjawisko, do kurczenia swoich mięśni. W ciągu ostatnich dziesięcioleci naukowcy nauczyli się opracowywać materiały z takimi właściwościami. Żaden z tych materiałów nie rozszerzał się jednak więcej niż o ułamek procenta po przyłożeniu do nich ciśnienia, co ograniczało użyteczność w inżynierii. Naukowcy nauczyli się już jednak projektować materiały, które rozszerzają się bardziej niż te znane dotychczas. Kluczem do sukcesu jest obserwowanie struktur, które w odpowiedzi na działanie ciśnienia mogą się rozszerzać poprzez reorganizację swojej struktury atomowej bez uszkodzenia.
Materiał, który odkryli naukowcy z Oksfordu, dwucyjanozłocian cynku, posiada tego rodzaju unikalne właściwości. Jego unikalna budowa łączy spiralny łańcuch atomów złota, osadzony w strukturze przypominającej plaster miodu zbudowany ze złota, cyjanku (węgla powiązanego z azotem) oraz cynku. Kiedy łańcuch jest ściskany, struktura plastra miodu rozszerza się nawet o 10% (przy ciśnieniu 1.8 GPa), co stanowi kilkukrotnie wyższą wartość niż w przypadku dotychczas znanych materiałów. Naukowcy nazywają tak dużą odpowiedź na działanie ciśnienia „gigantyczną odwrotną kompresją liniową” i porównują nowy materiał do stojaka na wino, który rozkłada się w kierunku poziomym podczas naciskania do z góry na dół.
Andrew Goodwin, lider zespołu badawczego z Oxfordu żartuje, że dwucyjanozłocian cynku to “nowy klocek w ich zestawie Lego”.
Unikalne właściwości dwucyjanozłocianu cynku, czynią go obiecującym materiałem do wielu zastosowań. Materiał, który jest przeźroczysty, może być zastosowany, jako optyczny czujnik zmiany ciśnienia. Kompresja powoduje, że kryształy ściśnięte w jednym kierunku, rozszerzają się w drugim, zmieniając tym samym ścieżkę wiązki światła biegnącej przez materiał. Metoda pozwala rejestrować nawet drobne zmiany ciśnienia.
Więcej czasu trzeba poświęcić aby materiał mógł być wykorzystany jako buduluc sztucznych mięśni. Mięśnie człowieka kurczą się w odpowiedzi na impulsy elektryczne, ale nowe mięśnie mogą byc zaprojektowane w taki sposób by kurczyły się i rozszerzały, kiedy zostanie do nich przyłożone ciśnienie – tak jak to robią to ośmiornice.
Zespół Goodwina pracuje teraz nad pełniejszym zrozumieniem mechanizmu odpowiedzialnego za NLC
Źródło:
[1] http://www.ecnmag.com/news/2013/07/unusual-material-expands-dramatically-under-pressure | 31.07.2013
[2] http://www.amercrystalassn.org/app/abstract/download/1632 | 31.07.2013
[3] Compression test by Cjp24, Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0-2.5-2.0-1.0