Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hüpfende Kristalle - Kinematische Analyse des lichtinduzierten Springens von Kristallen

30.07.2013
Nicht nur lebende Wesen sind in der Lage, sich fortzubewegen, auch kleine Kristalle können rotieren oder regelrechte Sprünge vollführen.

Wissenschaftler aus den Vereinigten Arabischen Emiraten und Russland haben Kristalle, die bei Bestrahlung mit Licht in Bewegung geraten, systematisch unter die Lupe genommen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen sie die erste quantitative kinematische Analyse dieses als photosalienten Effekt bezeichneten Phänomens vor.


Mit UV-Licht bestrahlte Kristalle können die zugeführte Energie auf verschiedenen Wegen abbauen und sich dabei auch "fortbewegen".
(c) Wiley-VCH

Bei Bestrahlung mit UV-Licht springen, rotieren und rollen mikrometer- bis millimetergroße Kristalle der Cobalt-Koordinationsverbindung [Co(NH3)5(NO2)]Cl(NO3) und legen dabei Distanzen zurück, die mehr als 1000mal größer sind als sie selbst. Warum tun sie dies?

Der Nitrit-Ligand (NO2) ist normalerweise über sein Stickstoffatom an das zentrale Cobalt-Ion des Komplexes gebunden. Bei Bestrahlung löst sich diese Bindung, der Ligand dreht sich ein Stück und bindet dann stattdessen mit einem seiner Sauerstoffatome. Diese Isomerisierung erzeugt eine Spannung im Kristall, die durch Bewegungen und Brüche abgebaut wird. Die Kristalle hüpfen und können sogar explodieren.

Das Team um Panèe Naumov (New York University Abu Dhabi) und Elena V. Boldyreva (Russische Akademie der Wissenschaften und Staatliche Universität Nowosibirsk) hat diesen Effekt jetzt systematisch mit einer an ein Mikroskop montierten Hochgeschwindigkeitskamera analysiert. Die Wissenschaftler unterscheiden folgende Phänomene: 1) Eine Spaltung des Kristalls in zwei etwa gleich große Stücke, 2) das Absplittern kleinerer Bruchstücke, 3) eine Explosion des Kristalls, 4) eine Fortbewegung ohne sichtbare Abspaltungen oder Abheben von der Unterlage, 5) Rollen oder Hüpfen. Daraus resultieren zum Teil komplexe Bewegungsmuster des Kristalls bzw. seiner Bruchstücke.

Die zurückgelegte Distanz hängt von der Länge und Intensität der Bestrahlung ab. Die Kristalle springen erst nach einer gewissen Latenzzeit, in der sich offensichtlich eine Spannung aufbaut, die sich bei Erreichen eines Schwellenwerts auf einmal entlädt. Kleinere Kristalle fangen früher zu hopsen an als größere. Interessanterweise bestimmt die Bestrahlungsstärke auch den Typ des Effekts. Mittlere Stärken lösen vor allem Rollen und Hüpfen aus, höhere Abspaltungen von Bruchstücken, bis die Kristalle bei sehr starker Bestrahlung vornehmlich in zwei gleich große Stücke gespalten werden.

Die Wissenschaflter sind überzeugt, dass den Effekten ein kooperativer Mechanismus zugrunde liegt. Durch die Drehung einzelner Liganden treten kleine intramolekulare Störungen auf, die sich vermutlich über das Netz von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Ionen innerhalb des Kristallgerüsts ausbreiten und verstärken. Dieses Bindungsnetz wirkt wie eine Feder, die durch die Bestrahlung aufgezogen wird und durch die Bewegung oder Kristallspaltung wieder relaxiert. Die Steifigkeit der „Federn“ wurde in exakten Einkristall-Brechungsexperimenten bestimmt, bei denen die Proben hohem Druck ausgesetzt wurden.

Diese Umwandlung von Lichtenergie in eine mechanische Bewegung könnte für das Design von Materialien interessant sein, die die Bewegung von Tieren oder dynamischen technischen Bauteilen nachahmen können, etwa in Nanomaschinen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 30/2013

Autor: Panèe Naumov, New York University Abu Dhabi (United Arab Emirates), https://nyuad.nyu.edu/research/centers-institutes/naumov-group.html

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201303757

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany

Dr. Renate Hoer | GDCh
Weitere Informationen:
http://presse.angewandte.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht 'Fix Me Another Marguerite!'
23.06.2017 | Universität Regensburg

nachricht Schimpansen belohnen Gefälligkeiten
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Mathematik in den Naturwissenschaften (MPIMIS)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften