Quasicrystalleja – Metamateriaalien ja Nanopartikkeleiden Uusi Tähti?

Tiede on täynnä yllätyksiä, ja materiaalitutkimus on yksi parhaista esimerkeistä siitä, kuinka luova ihmisjärki voi olla. Kun luulimme jo tietäneemme lähes kaiken kemian periodijärjestelmästä ja atomien rakennekaavoista, olemme törmänneet täysin odottamattomiin rakenteisiin: kvasihelmikoihin. Nämä aineet, jotka ovat yhtä aikaa järjestäytyneitä ja kaoottisia, rikkovat perinteiset kristallografiset säännöt ja avaavat uusia mahdollisuuksia teknologian maailmassa.

Kvasihelmi on materiaali, joka on rakenteeltaan samaan aikaan kristalli ja amorfinen aine. Sen atomit järjestyvät tavanomaisista kristalligaalloista poiketen tietyssä symmetriassa, mutta tämä symmetria ei ole kolminkertainen tai kuusikertainen – se voi olla kymmen-, kahdestoista- tai jopa kahdeksankertaista! Kuvittele pyramidi, jonka tahkojen lukumäärä ei ole neljä, vaan kahdeksan tai kymmenen. Tällaisia “epäsäännöllisiä” symmetrioita löydetään kvasihelmiin, jotka luovat materiaalin ainutlaatuisia ominaisuuksia.

Kvasihelmiä voidaan valmistaa useilla menetelmillä. Yksi yleisimmistä on rapid solidification, jossa metallinestettä jäädytetään erittäin nopeasti. Tämä estää atomien järjestämisen tavanomaiseen kristallirakenneeseen ja johtaa kvasihelmien muodostumiseen. Toinen tapa on metallien höyryjen kerrostaminen, missä atomit kasautuvat hitaasti pinnalle luoden kvasihelmikalvon.

Kvasihelmet ovat herättäneet tiedemiesten ja insinöörien kiinnostuksen monien ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi:

• Ei-lineaariset optisen vaste: Kvasihelmet voivat taitella valoa tavalla, jota ei löydy tavanomaisista materiaaleista. Tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää uudenlaisissa optisista laitteita, kuten lasereita ja aurinkokennoja.
• Korkea kovuus ja kulumisvastus: Kvasihelmet ovat erittäin kestäviä materiaaleja. Niiden ainutlaatuinen rakenne antaa niille vahvan sidosten ja resistenssin naarmuille. Tästä syystä ne ovat lupaavia materiaaleja esimerkiksi leikkaustyökaluihin ja koneosia.
• Matala kitka: Kvasihelmien pinta on erittäin sileä, mikä johtaa vähentyneeseen kitkaan. Tätä ominaisuutta voidaan hyödyntää laakereissa ja muissa mekaanisissa osissa.

Kvasihelmet ovat vielä nuori tutkimusalue, ja potentiaalinsa täydellinen toteutus vaatii lisää tutkimusta ja kehitystä. Kuitenkin näiden materiaalien ainutlaatuiset ominaisuudet avaavat ovia uusille teknologioille ja sovelluksille.

Esimerkiksi:

Onko Quasicrystals the Next Generation of Smart Materials?

Kvasihelmet ovat mielenkiintoinen esimerkki siitä, kuinka materiaalien maailmassa voi tapahtua vallankumous. Nämä aineet haastavat perinteiset käsityksemme materiaalien rakenteesta ja ominaisuuksista. On mahdolllista, että kvasihelmet tulevat olemaan yksi tulevaisuuden älykkäiden materiaalien kulmakivi.

Heti kun löydämme keinot hallita niiden ainutlaatuisia ominaisuuksia entistä tarkemmin, kvasihelmet voivat johtaa täysin uusiin teknologioihin, joilla on merkittävä vaikutus meidän jokapäiväiseen elämään. Kenties tulevaisuudessa me kuljemme kaduilla kvasihelmien vahvistimilla tehdyillä sillalla tai ihailemme taivasrannan näkymää kvasihelmien ikkunan läpi – rajattomuus on vain mielikuvituksesta kiinni!