奇怪的熵的债券类似于化学的人之间可以形成纳米颗粒

熵最大化会导致“熵的结合”,是与传统化学成键分子间非常相似,美国的研究人员提出,即使实际上没有电子的交互。这种现象可能是有用的在控制自组装胶体和其他结构的软物质。

热力学第二定律著名的国家,在任何允许过程,系统的熵总是增加的。熵有时被广泛定义为系统中障碍或随机性的程度,和第二定律解释了为什么一个高度高压气体瓶将自发分散来填补真空,但所有的分子在一个房间里永远不会自发地浓缩成一个烧瓶,使真空其他地方。然而,第二定律常常泉惊喜:最大化熵,更精确的系统的微观状态数对应于每个宏观状态,可以从看似无序的液体分子自组装成有序晶体,例如。的粒子能聚集更多的不同的方式,如果他们变得比如果他们仍然是液体,晶体的计算机科学家解释说沙龙Glotzer密歇根大学安阿伯。

在合适的条件下,胶体纳米粒子可以安排这样电子相互作用所产生的分子间作用力几乎完全屏蔽。分子因此像小球,在没有其他力量的情况下,完全由熵。的实验,确定这需要极端措施避免重力的影响。他们飞实验在国际空间站,“Glotzer解释道。的宇航员产生各种华丽的水晶在试管中。

熵的影响系统的微观细节仍然知之甚少,但是。当我们与实验和生长纳米粒子在溶液中,他们得到他们的任何形状,然后他们试图functionalise DNA或有机配体,例如,从电子工程师明确交互出现,“Glotzer说。从来没有人说“我怎么工程师我的系统的熵?””

在他们的新研究,Glotzer和他的同事们进行了一系列的计算模拟关注六角lanthanide-fluoride nanoplates。这些可以合成一个广泛的键角,在实验中,往往functionalised与多个不同的基团。然而,研究人员关注nanoplates没有官能团,因此电子相互作用可以忽略不计。当你抛开所有这些相互作用,剩下的只是熵,“Glotzer解释道。

研究人员发现,尽管缺乏物理分子之间的引力,形成的晶体结构是非常相似的影响下传统化学成键。原则上,我们都知道最大化熵在没有任何其他部队可以秩序的事情,“Glotzer解释道,“我们不知道的是,这些紧急统计熵的部队可以高度定向和可预测的。可预测的方向就是使得我们认为这些新兴力量,所有的意图和目的,债券”。

理论化学家她女儿弗仑克尔剑桥大学说Glotzer实验室大举扩张自己的作品在1990年代和1980年代的自组装。”她已经表明,纯粹的熵的影响可以产生一个巨大的各种各样的晶体结构,液晶结构和准晶体结构。我认为,所有人都是一个意外。他说本文并不让人吃惊,知情人士透露,熵的自组装,但尝试直观的理论合理化他们的发现在过去,让一般的经验法则来预测结构将形成,不会的。

研究人员现在的目标是开发一个预测,熵的微观理论结合,可以结合传统的理论化学成键分子设计协助。我们想了解熵的作用和形状独自在一个系统,也有化学的相互作用,”Glotzer说。