Sebuah studi baru menunjukkan partikel bermuatan serupa

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat

sumber terpercaya

membenarkan

OKE! Studi tersebut menemukan bahwa mikropartikel silika bermuatan negatif yang tersuspensi dalam air saling tarik menarik sehingga membentuk kelompok yang tersusun secara heksagonal. Kredit: Zhang Kang.

× tutup

Studi tersebut menemukan bahwa mikropartikel silika bermuatan negatif yang tersuspensi dalam air saling tarik menarik sehingga membentuk kelompok yang tersusun secara heksagonal. Kredit: Zhang Kang.

“Muatan yang berlawanan tarik-menarik, sama seperti muatan yang tolak-menolak” adalah prinsip dasar fisika dasar. Namun studi baru dari Universitas Oxford, yang diterbitkan hari ini di Nature Nanotechnology, menunjukkan bahwa partikel bermuatan serupa dalam larutan sebenarnya dapat saling tarik menarik dalam jarak yang jauh. Yang sama mengejutkannya, tim menemukan bahwa efeknya berbeda untuk partikel bermuatan positif dan negatif tergantung pada pelarutnya.

Selain menjungkirbalikkan kebijaksanaan konvensional, hasil ini memiliki implikasi langsung terhadap serangkaian proses yang melibatkan interaksi antarpartikel dan antarmolekul pada berbagai skala panjang, termasuk perakitan sendiri, kristalisasi, dan pemisahan fasa.

Sebuah tim peneliti dari Departemen Kimia Oxford menemukan bahwa partikel bermuatan negatif tertarik pada jarak yang jauh sementara partikel bermuatan positif ditolak, sedangkan hal sebaliknya terjadi pada pelarut seperti alkohol. Temuan ini mengejutkan karena tampaknya bertentangan dengan prinsip elektromagnetik sentral bahwa gaya antara muatan bertanda sama bersifat tolak menolak pada semua jarak.

Dengan menggunakan mikroskop medan terang, tim mengamati mikropartikel silika bermuatan negatif yang tersuspensi dalam air dan menemukan bahwa partikel-partikel tersebut saling tarik menarik untuk membentuk kelompok yang tersusun secara heksagonal. Namun, partikel silika teraminasi yang bermuatan positif tidak membentuk gugus di dalam air.

Dengan menggunakan teori interaksi antarpartikel, yang memperhitungkan struktur pelarut pada antarmuka, tim menemukan bahwa untuk partikel bermuatan negatif dalam air, terdapat gaya tarik menarik yang mengatasi tolakan elektrostatik pada jarak yang besar, sehingga mengarah pada pembentukan cluster. . Untuk partikel bermuatan positif dalam air, interaksi yang didorong oleh pelarut ini selalu bersifat tolak menolak dan tidak ada gugus yang terbentuk.

Efek ini ternyata bergantung pada pH; tim mampu mengontrol pembentukan (atau tidak) cluster partikel bermuatan negatif dengan mengubah pH. Terlepas dari pH, partikel bermuatan positif tidak membentuk kelompok.

Tentu saja, tim bertanya-tanya apakah efek pada partikel bermuatan dapat berubah sehingga partikel bermuatan positif akan membentuk cluster dan partikel bermuatan negatif tidak. Dengan mengubah pelarut menjadi alkohol seperti etanol, yang memiliki perilaku antarmuka berbeda dari air, inilah yang mereka amati: Partikel silika teraminasi yang bermuatan positif membentuk kelompok heksagonal, sedangkan silika yang bermuatan negatif tidak.

Menurut para peneliti, penelitian ini menyiratkan kalibrasi ulang mendasar dalam pemahaman yang akan mempengaruhi cara kita berpikir tentang proses yang berbeda seperti stabilitas produk farmasi dan bahan kimia murni atau kelainan patologis yang terkait dengan agregasi molekul pada penyakit manusia. Temuan baru ini juga memberikan bukti kemampuan untuk menyelidiki sifat potensial listrik antarmuka yang diinduksi pelarut, seperti tanda dan besarnya, yang sebelumnya dianggap tidak dapat diukur.

Profesor Madhavi Krishnan (Departemen Kimia, Universitas Oxford), yang memimpin penelitian ini, mengatakan: “Saya sangat bangga dengan dua mahasiswa pascasarjana saya, serta mahasiswa sarjana, yang semuanya bekerja sama untuk menggerakkan penemuan besar ini. .”

Sida Wang (Departemen Kimia, Universitas Oxford), penulis pertama studi ini, mengatakan: “Saya masih terpesona melihat bagaimana partikel-partikel ini tertarik, bahkan setelah melihatnya ribuan kali.”

Informasi lebih lanjut:
Kontrol Kekuatan Jarak Jauh yang Bergantung pada Biaya Perakitan Materi yang Disesuaikan dalam Solusi, Nanoteknologi Alam (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01621-5

Informasi dari buku harian:
Nanoteknologi Alam