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
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.
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
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 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
