كشف باحثون يابانيون عن سلوك غير متوقع لجسيمات الذهب النانوية ، بعدما تبين أنها قادرة على تغيير بنيتها بشكل ديناميكي استجابة للظروف البيئية المحيطة، في اكتشاف قد يمهد لتطوير جيل جديد من المواد الذكية والمتكيفة.

ونُشرت نتائج الدراسة في مجلة Journal of the American Chemical Society العلمية.

كيف تتغير جسيمات الذهب؟

أجرى فريق بحثي من Tohoku University دراسة على جسيمات الذهب النانوية عند الحد الفاصل بين الهواء والماء.

وقام العلماء بتغطية الجسيمات بطبقتين مختلفتين من الجزيئات العضوية، إحداهما حساسة للحرارة والأخرى تتكون من جزيئات خطية بسيطة.

وأظهرت التجارب أنه عند درجة حرارة الغرفة تتجمع الجسيمات في شكل جزر منفصلة، لكن عند رفع الحرارة إلى 40 درجة مئوية تبدأ هذه الجزر بالتحول تدريجيا إلى هياكل متسلسلة، ثم إلى شبكات كبيرة مترابطة.

وعند تعريض الطبقة لضغط ميكانيكي، يحدث العكس تمامًا، إذ تعود الشبكات مرة أخرى إلى تجمعات منفصلة.

تغيرات صغيرة تؤدي إلى نتائج ضخمة

أكد الباحثون أن الاكتشاف الأهم يتمثل في أن تغييرات طفيفة جدًا على المستوى الجزيئي يمكن أن تؤدي إلى تحولات كبيرة في بنية النظام بالكامل.

وقال Kiyoshi Kanie إن الدراسة توضح كيف يمكن لتغيرات بسيطة في ترتيب الجزيئات أن تؤدي إلى إعادة تنظيم واسعة النطاق داخل أنظمة الجسيمات النانوية.

وأضاف أن هذا الفهم قد يفتح المجال أمام تطوير مواد ذكية قادرة على التفاعل تلقائيًا مع البيئة المحيطة.

استخدام الأشعة السينية لفهم الظاهرة

اعتمد الفريق البحثي على قياسات بالأشعة السينية داخل منشأة السنكروترون التابعة لمركز DESY بمدينة هامبورغ الألمانية.

وكشفت التحليلات أن الجزيئات العضوية الموجودة على سطح الجسيمات تعيد توزيع نفسها استجابة للحرارة أو الضغط، ما يؤدي إلى تغيير شكل الجسيمات الظاهري وإعادة تنظيم النظام بأكمله.

تطبيقات مستقبلية واعدة

يرى العلماء أن هذا الاكتشاف يمتلك أهمية كبيرة في مجال تصميم المواد المتقدمة، لأن القدرة على التحكم في ترتيب الجسيمات النانوية تسمح بتعديل الخصائص البصرية والإلكترونية والمغناطيسية للمواد.

وقد يمهد ذلك لتطوير طلاءات ومواد ذكية تستجيب تلقائيا للحرارة أو الضغط من دون الحاجة إلى أنظمة إلكترونية معقدة.

كما يواصل الباحثون حاليا دراسة إمكانات استخدام هذه التقنية في تطبيقات صناعية وتقنيات مستقبلية تعتمد على المواد القابلة للتكيف الذاتي.