Yilin Wong Kalifornian yliopistosta Los Angelesista oli vahingossa jättänyt metallifilmeillä peitetyn germaniuminäytteen kosketuksiin veden kanssa. Seuraavana päivänä mikroskoopilla oli nähtävissä spiraalimaisia kuvioita. Tämä sattuma avasi tien perusteelliselle tutkimukselle näistä ilmiöistä.
500 μm halkaisijaltaan oleva spiraali.
Luotto: Yilin Wong
Luotto: Yilin Wong
Tämä löytö, joka julkaistiin Physical Review Materials -lehdessä, on merkittävin edistysaskel kemiallisten kuvioiden tutkimuksessa 1950-luvulta lähtien. Tutkijat ovat vaihdelleet parametreja, kuten metallifilmin paksuutta, tuottaakseen erilaisia kuvioita.
Prosessi sisältää kromi- ja kultakerroksen germaniumilevyllä, joka altistuu etsausliuokselle. Kemiallinen reaktio, jota metallifilmi katalysoi, luo kuvioita pinnalle. Mekaaniset jännitykset metallifilmissä näyttelevät keskeistä roolia näiden kuvioiden muodostumisessa, osoittaen ainutlaatuista vuorovaikutusta kemian ja fysiikan välillä.
Tällä löydöllä on merkitystä luonnollisten prosessien ymmärtämisessä, kuten halkeamien muodostumisessa tai biologisessa kasvussa. Havainnoidut kuviot muistuttavat biologisten järjestelmien tuottamia kuvioita, joissa entsyymit katalysoivat kasvua, joka vääristää kudoksia. Tämä järjestelmä tarjoaa mallin näiden vuorovaikutusten tutkimiseen laboratoriossa.
Kemiallisten kuvioiden tutkimus alkoi 1950-luvulla Boris Belousovin ja Alan Turingin töiden myötä. Wongin ja Zocchin järjestelmä edustaa merkittävää edistystä, tarjoten uuden kehyksen näiden ilmiöiden tutkimiseen. Heidän työnsä voisi inspiroida uusia tutkimuksia fysiikassa ja biologiassa.
Kuinka mekaaniset jännitykset vaikuttavat kemiallisiin kuvioihin?
Mekaaniset jännitykset metallifilmeissä voivat vääristää pintaa, luoden erityisiä kuvioita kemiallisten reaktioiden aikana. Nämä vääristymät toimivat malleina muodostuville kuvioille.
Metallissa ennestään oleva jännitys tai puristus määrittää kuvioiden muodon. Tämä osoittaa, kuinka fysiikka ja kemia vuorovaikuttavat rakenteiden luomiseksi. Tämä ilmiö on samanlainen kuin se, miten biologiset kudokset kehittyvät entsyymien vaikutuksesta.