Κρυσταλλωμένο λιβάδι κάτω από το μικροσκόπιο, Beautiful 'flowers' self-assemble in a beaker

These false-color SEM images reveal microscopic flower structures created by manipulating a chemical gradient to control crystalline self-assembly. Credit: Wim L. Noorduin, Harvard University

Ρυθμίζοντας προσεκτικά τις χημικές συνθήκες μέσα σε ένα δοχείο με νερό, ερευνητές του Χάρβαρντ κατάφεραν να δημιουργήσουν κρυστάλλους που μοιάζουν με λεπτεπίλεπτα γαρίφαλα και κατιφέδες. Το κρυσταλλωμένο λιβάδι, όμως, είναι ορατό μόνο στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύεται στο τελευταίο τεύχος της επιθεώρησης «Science», δείχνει πώς οι συνθήκες του περιβάλλοντος επηρεάζουν τη δομή και το σχήμα των κρυστάλλων. Δεδομένου ότι κάθε είδους κρύσταλλοι χρησιμοποιούνται σήμερα σε μια πληθώρα εφαρμογών, η νέα μέθοδος θα μπορούσε στο μέλλον να αξιοποιηθεί στην πράξη.

Τα μικροσκοπικά «λουλούδια», με ύψος μερικών μικρομέτρων (χιλιοστά του χιλιοστού) συναρμολογούν τον εαυτό τους μέσα σε ένα υδατικό διάλειμμα μόριο προς μόριο.

Πώς δημιουργήθηκαν οι κρύσταλλοι

Ο μηχανικός Ουίμ Νούρντουιν και οι συνεργάτες του δημιούργησαν τους κρυστάλλους διαλύοντας στο νερό ένα άλας, το χλωριούχο βάριο, μαζί με πυριτικό νάτριο. Το διοξείδιο του άνθρακα που υπάρχει διαλυμένο στο νερό πυροδοτεί τότε μια αντίδραση, από την οποία σχηματίζονται στον πυθμένα του δοχείου κρύσταλλοι ανθρακικού βαρίου.

H ίδια αντίδραση έχει όμως την ιδιότητα να μειώνει το pH (δηλαδή να αυξάνει την οξύτητα) του νερού που περιβάλλει τους κρυστάλλους. Η μείωση του pH πυροδοτεί με τη σειρά της μια αντίδραση που προσθέτει ένα στρώμα πυριτίου πάνω στους κρυστάλλους. Αυτή η αντίδραση αυξάνει εκ νέου το pH και επιτρέπει να συνεχιστεί η κρυστάλλωση του ανθρακικού βαρίου.

Πλατιά φύλλα και κατσαρά άνθη

This is a crystalline tulip, sculpted by chemistry. Credit: Wim L. Noorduin, Harvard University

Ρυθμίζοντας προσεκτικά τις συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων και τις συνθήκες του πειράματος, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν προκαθορισμένα σχήματα. Για παράδειγμα, η αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα οδηγεί στη δημιουργία λουλουδιών με πλατιά «φύλλα», ενώ η αντιστροφή της κλίσης του pH την κατάλληλη στιγμή δημιουργεί τα κατσαρά άνθη του κατιφέ.

Οι ερευνητές έχουν δημιουργήσει μέχρι στιγμής μικροσκοπικά λιβάδια πάνω σε γυάλινες πλάκες μικροσκοπίου και πάνω σε μεταλλικές λάμες.

Φύτεψαν επίσης ένα λιβάδι μπροστά στην πολυθρόνα του Αβραάμ Λίνκολν πάνω σε ένα νόμισμα του ενός σεντ.