Forskere fremelsker smukke former af mineraler
Komplekse former kan dyrkes kemisk under god kontrol. Forskere har nu lært at styre samspillet mellem vækst og hæmning og har på den måde fremelsket bjergtagende primulaer af mineraler, som du kan se her.

Forskere fra Harvard University har formået at kontrollere, hvordan mineraler udfældes i en opløsning. På den måde kan de lave bittesmå komplekse strukturer, blandt andet denne blomsterform. Den er i størrelsesorden 1/20 millimeter. (Elektronmikroskopi: Wim Noorduin)

Forskere fra Harvard University har formået at kontrollere, hvordan mineraler udfældes i en opløsning. På den måde kan de lave bittesmå komplekse strukturer, blandt andet denne blomsterform. Den er i størrelsesorden 1/20 millimeter. (Elektronmikroskopi: Wim Noorduin)

Mineralblomsten viser en metode til at fremdyrke sammensatte strukturer nedefra – molekyle for molekyle.

Sådanne strukturer bliver meget mere præcise og komplekse, end hvis de skulle laves på normal vis, for eksempel ved støbning, udfræsning eller ætsning.

Smukke blomster- og svampeformer

Forskere fra Harvard University har i første omgang lavet smukke former, som ligner blomster og svampe.

De begynder med forholdsvis enkle grundprocesser. Så lader de dem spille sammen. Resultatet bliver stadig mere komplekst og sammensat.

En sådan kontrol over processen kan blandt andet bruges til at lave elektronik, optik og nye bygningsmaterialer, ifølge fagartiklen i tidsskriftet Science.

Vækst og hæmning giver komplekse former

Den første metode, som beskrevet i teksten: Rundt om bariumcarbonatet (grå kugler) bliver det surere, så kvartsen vokser og virker hæmmende. Bariumcarbonatet vokser væk fra sig selv, mod resten af opløsningen rundt om. (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no)

Udgangspunktet for processen er kemiske stoffer, som reagerer med kuldioxid i en vandopløsning. Der dannes to forskellige mineraler, bariumcarbonat og kvarts.

Sagt på en mere enkel måde er bariumcarbonat det aktive mineral. Det vokser frem, molekyle for molekyle.

Kvartsen er derimod den rene feststopper. Kvartsen hæmmer væksten af mineraler. Samspillet mellem vækst og hæmning giver de komplekse former.

Feststopper ødelægger væksten

Dette samspil har forskerne nu lært at styre. Det vigtigste værktøj, de bruger, er at regulere, hvor sur opløsningen er.

Festbremsen kvarts er nemlig kræsent. Det trives kun omkring en bestemt surhed, grønt på figuren.

Nyformede mineralkronblade udfældes, når vandet fæstes til de underliggende grønne stilke. Elektronmikroskopiet er kunstigt farvelagt. (Elektronmikroskopi: Wim Noorduin)

Dette kan udnyttes på to måder. Den første er at gøre opløsningen for lidt sur for den hæmmende kvarts.

Så vokser bariumcarbonat frem. Kvartsen holder sig væk. Samtidig sker der noget andet:

De kemiske reaktioner har en bieffekt. Der bliver mere surt omkring bariumcarbonatet, surt nok til at der dannes kvarts. Feststopperen kommer og ødelægger væksten.

Forsøger at slippe væk fra surhed

Bariumcarbonatet gør som enhver festdeltager vil gøre: Prøver at slippe væk fra feststopperen kvarts. Det vokser væk fra det sure område rundt om sig selv, der hvor kvartsen trives.

Det vokser altså ud mod opløsningen rundt om, væk fra sig selv. Resultatet er blandt andet stave og tragte, som du kan se i figuren til højre for artiklen.

Kryber tilbage mod egen surhed

Den anden metode, som beskrevet i teksten: Opløsningen har akkurat den surhed, som kvarts trives i. Rundt om bariumcarbonatet (grå kugler) bliver det endnu surere, for surt til kvartsen. Bariumcabonatet vokser derfor ind mod sig selv og kryber ind blandt andre spiraler. (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no)

Modsætningen mellem bariumcarbonat og kvarts kan også udnyttes på en anden måde.

Forskerne kan lave opløsningen rundt om akkurat så sur, at kvartsen trives. Så hvad skal bariumcarbonatet gøre? Det er omgivet af feststopperen kvarts over det hele.

Akkurat som tidligere gør bariumcarbonatet tilværelsen sur for sig selv.

Men denne gang er surheden en fordel. Det bliver for surt for kvartsen i området rundt om bariumcarbonatet.

Bariumcarbonatet kryber tilbage, ind mod sin egen surhed. Der er der ingen kvarts. Denne positive tilbagekobling giver spiraler og andre mere komplekse former.

Salt og temperatur styrer også processen

Forskerne startede med en rød koralstruktur af mineraler. Så fik de stilkene til at gro ud fra gruber i korallen. Stilkene udvidede sig og dannede kronblade efter en pludselig og kortvarig puls af mere kuldioxid i opløsningen. (Elektronmikroskopi: Wim Noorduin)

Forskerne har også reguleret surheden i opløsningen op og ned, mens bariumcarbonatet blev dannet.

Sådan har de kunnet veksle mellem udadvækst og indadvækst og lavet endnu mere sammensat kompleksitet.

De har også kunnet ændre tykkelsen på stilkene og væggene i kronbladene på mineralblomsterne ved at øge tilførslen af kuldioxid.

Hvis væggene bliver tykke nok, deler blade og stilke sig. Også saltindhold og temperatur på opløsningen kan bruges til at påvirke processen.

Nanomaterialer bliver til metamaterialer

Denne metode viser, hvordan nye nanomaterialer kan bygges op nedefra. De komplekse strukturer kan give nanomaterialerne helt nye egenskaber.

Dette kaldes metamaterialer. De kan blandt andet gøres usynlige eller bruges til linser med meget højere opløsning end almindelige linser.

Nanomaterialer kan også bruges til at bygge bittesmå strukturer. Dette er nyttigt blandt andet i elektronik og medicin.

© forskning.no Oversættelse: Julie M. Ingemansson

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med over en halv million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk