ผลึกคอลลอยด์คือ อาร์เรย์ ที่เป็นระเบียบของ อนุภาค คอลลอยด์และวัสดุเม็ดละเอียดคล้ายกับผลึก มาตรฐาน ที่มีหน่วยย่อยซ้ำกันเป็นอะตอมหรือโมเลกุล^{[ 1 ]}ตัวอย่างตามธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้สามารถพบได้ในอัญมณีโอปอลซึ่งทรงกลมของซิลิกาจะเรียงตัวเป็นโครงสร้างแบบอัดแน่นเป็นระยะๆภายใต้แรงอัดปานกลาง^{[ 2 ] [ 3 ]}คุณสมบัติโดยรวมของผลึกคอลลอยด์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ขนาดอนุภาค การจัดเรียงการบรรจุ และระดับความสม่ำเสมอ การประยุกต์ใช้ ได้แก่โฟโตนิกส์การประมวลผลวัสดุ และการศึกษาการประกอบตัวเองและ การ เปลี่ยน เฟส

ผลึกคอลลอยด์คืออาร์เรย์ของอนุภาคที่มีระเบียบสูงซึ่งสามารถก่อตัวได้ในช่วงระยะทางไกล (ประมาณหนึ่งเซนติเมตร) อาร์เรย์เช่นนี้ดูเหมือนจะคล้ายคลึงกับอะตอมหรือโมเลกุลเมื่อพิจารณาการปรับขนาดที่เหมาะสม ตัวอย่างที่ดีในธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้สามารถพบได้ในโอปอล อันล้ำค่า ซึ่งบริเวณที่สว่างไสวของสีสเปกตรัมบริสุทธิ์เกิดจาก โดเมน ที่อัดแน่นของทรงกลมคอลลอยด์ของซิลิคอนไดออกไซด์อสัณฐาน SiO2 (ดูภาพประกอบด้านบน ₎อนุภาคทรงกลมตกตะกอนในแอ่งซิลิกาที่มีความเข้มข้นสูงและก่อตัวเป็นอาร์เรย์ที่มีระเบียบสูงหลังจากหลายปีของการตกตะกอนและการอัดตัวภายใต้ แรงดัน ไฮโดรสแตติกและแรงโน้มถ่วง อาร์เรย์เป็นระยะของอนุภาคทรงกลมทำให้เกิดอาร์เรย์ที่คล้ายกันของ ช่องว่าง ระหว่าง อนุภาค ซึ่งทำหน้าที่เป็นตะแกรงเลี้ยวเบน ตามธรรมชาติ สำหรับคลื่นแสงในผลึกโฟตอนิกโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระยะห่างระหว่างอนุภาคมีขนาดใกล้เคียงกับคลื่นแสงที่ตกกระทบ ^{[ 5 ] [ 6 ]}

ต้นกำเนิดของผลึกคอลลอยด์ย้อนกลับไปถึงคุณสมบัติทางกลของ สารละลาย เบนโทไนต์และ คุณสมบัติ ทางแสงของชั้นชิลเลอร์ใน สารละลาย เหล็กออกไซด์คุณสมบัติเหล่านี้เชื่อกันว่าเกิดจากการเรียงตัวของอนุภาคอ นินทรีย์ ที่มีขนาดสม่ำเสมอ^{[ 7 ]}คอลลอยด์ที่มีขนาดสม่ำเสมอซึ่งสามารถสร้างอาร์เรย์ที่มีระเบียบในระยะยาวได้นั้นมีอยู่ตามธรรมชาติ การค้นพบ รูปแบบ ผลึกของไวรัสยาสูบและมะเขือเทศโดย WM Stanley เป็นตัวอย่างหนึ่งของเรื่องนี้ ต่อมาได้มีการกำหนดโดยใช้ วิธี การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ว่า เมื่อทำให้เข้มข้นโดยการปั่นเหวี่ยงจาก สารแขวนลอยในน้ำเจือจางอนุภาคไวรัสเหล่านี้มักจะจัดเรียงตัวเองเป็นอาร์เรย์ที่มีระเบียบสูง

อนุภาครูปแท่งในไวรัสโมเสกยาสูบ สามารถสร้าง โครงตาข่ายสามเหลี่ยมสองมิติได้ในขณะที่ โครงสร้าง ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัวถูกสร้างขึ้นจากอนุภาคเกือบทรงกลมในไวรัส Bushy Stunt ของมะเขือเทศ^{[ 8 ]}ในปี พ.ศ. 2490 จดหมายที่อธิบายถึงการค้นพบ " ไวรัสแมลงที่สามารถตกผลึกได้ " ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature ^{[ 9 ]} ไวรัสที่รู้จักกันในชื่อ Tipula Iridescent Virus จากการจัดเรียงแบบสี่เหลี่ยมและสามเหลี่ยมที่เกิดขึ้นบนหน้าผลึก ผู้เขียนได้สรุปการจัดเรียงแบบลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้า ของ อนุภาค ไวรัสการจัดเรียงแบบเป็นระเบียบประเภทนี้ยังได้รับการสังเกตใน สารแขวนลอย ของเซลล์ซึ่งความสมมาตรนั้นเหมาะสมกับโหมดการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต [ ^{10 ] ปริมาณ}สารพันธุกรรม ที่จำกัด ทำให้ขนาดของโปรตีนที่จะถูกเข้ารหัสมีข้อจำกัด การใช้โปรตีนจำนวนมากชนิดเดียวกันเพื่อสร้างเปลือกป้องกันนั้นสอดคล้องกับความยาวที่จำกัดของปริมาณRNAหรือDNA ^{[ 11 ] [ 12 ]}

เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่า เนื่องมาจากแรงผลักของคูลอมบ์โมเลกุล ขนาดใหญ่ ที่มีประจุไฟฟ้า ใน สภาพแวดล้อม ที่เป็นน้ำสามารถแสดงความสัมพันธ์แบบผลึกในระยะไกล โดยระยะห่างระหว่างอนุภาคมักจะมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคแต่ละตัวอย่างมาก ในทุกกรณีในธรรมชาติการเกิดสีรุ้ง แบบเดียวกันนี้ เกิดจากการเลี้ยวเบนและการแทรกสอดแบบเสริมกันของคลื่นแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งเป็นไปตามกฎของแบร็กก์

เนื่องจากความหายากและคุณสมบัติทางพยาธิวิทยา ทั้งโอปอลและ ไวรัส อินทรีย์ ชนิดต่างๆ จึงไม่เป็นที่นิยมมากนักในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ จำนวนการทดลองที่สำรวจฟิสิกส์และเคมีของ "ผลึกคอลลอยด์" เหล่านี้ได้เกิดขึ้นจากวิธีการที่เรียบง่ายซึ่งพัฒนาขึ้นในช่วง 20 ปีที่ผ่านมาสำหรับการเตรียมคอลลอยด์สังเคราะห์แบบโมโนดิสเปอร์ส ทั้งพอลิเมอร์และแร่ธาตุ และผ่านกลไก ต่างๆ ในการสร้างและรักษาระเบียบระยะยาวของพวกมัน

ผลึกคอลลอยด์กำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น ส่วนใหญ่เนื่องมาจากกลไกการจัดเรียงและการประกอบตัวเองการเคลื่อนที่แบบร่วมมือ โครงสร้างที่คล้ายกับที่สังเกต ^ได้ ใน สสารควบแน่นทั้งในของเหลวและของแข็ง และการเปลี่ยนเฟส โครงสร้าง [ ^{13 ] [ 14 ]}สมดุลเฟสได้รับการพิจารณาในบริบทของความคล้ายคลึงทางกายภาพ โดยมีการปรับขนาด ที่เหมาะสม กับ ของแข็ง ยืดหยุ่นการสังเกตระยะห่างระหว่างอนุภาคแสดงให้เห็นว่าลดลงเมื่อเกิดการจัดเรียง ซึ่งนำไปสู่การประเมิน ความเชื่อของ Langmuir เกี่ยวกับการมีอยู่ของส่วนประกอบ ดึงดูดระยะไกลในศักยภาพระหว่างอนุภาคอีกครั้ง^{[ 15 ]}

ผลึกคอลลอยด์ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในด้านทัศนศาสตร์ในฐานะผลึกโฟตอนิกส์ โฟตอนิกส์คือ วิทยาศาสตร์เกี่ยว กับการสร้าง การควบคุม และการตรวจจับโฟตอน (อนุภาคของแสง) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงแสงที่มองเห็นได้และใกล้รังสีอินฟราเรดแต่ยังขยายไปถึง ช่วงรังสี อัลตราไวโอเลตอินฟราเรด และอินฟราเรดไกลของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าวิทยาศาสตร์ของโฟตอนิกส์รวมถึง การ ปล่อยการส่งผ่านการขยาย การตรวจจับการปรับเปลี่ยนและการสลับคลื่นแสงในช่วงความถี่และความยาวคลื่น ที่กว้าง อุปกรณ์โฟตอนิกส์ประกอบด้วย ส่วนประกอบ ทางอิเล็กโทรออปติกเช่นเลเซอร์ (การขยายแสงโดยการปล่อยรังสี แบบกระตุ้น ) และใยแก้วนำ แสง การประยุกต์ใช้รวมถึงโทรคมนาคมการประมวลผลข้อมูล การให้แสงสว่างสเปกโทรสโกปีโฮโล แกรม การแพทย์ ( การผ่าตัดการแก้ไขสายตาการส่องกล้อง ) เทคโนโลยีทางทหาร ( ขีปนาวุธนำวิถี ) การเกษตรและหุ่นยนต์

โครงสร้างคอลลอยด์ แบบผลึกหลายเหลี่ยมได้รับการระบุว่าเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของวิทยาศาสตร์วัสดุ คอลลอยด์ระดับ ไมโครเมตร ^{[ 16 ]}การประกอบตัวเองของโมเลกุลได้รับการสังเกตใน ระบบ ชีวภาพ ต่างๆ และเป็นพื้นฐานของการก่อตัวของโครงสร้างชีวภาพที่ซับซ้อนหลากหลายชนิด ซึ่งรวมถึงวัสดุชีวภาพที่มีคุณสมบัติ เชิงกลที่เหนือกว่าซึ่งกำลังเกิดขึ้นใหม่ โดยอาศัย คุณลักษณะและรูปแบบ โครงสร้างจุลภาคที่พบในธรรมชาติ

ลักษณะเชิงกลหลักและโครงสร้างของเซรามิกชีวภาพ คอมโพสิตพอลิเมอร์อีลาสโตเมอร์และวัสดุเซลลูลาร์กำลังได้รับการประเมินใหม่ โดยเน้นที่วัสดุและโครงสร้างที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ แนวทางดั้งเดิมมุ่งเน้นไปที่วิธีการออกแบบวัสดุชีวภาพโดยใช้วัสดุสังเคราะห์ทั่วไป^{[ 17 ]}การใช้งานได้รับการระบุในการสังเคราะห์วัสดุที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพผ่านกระบวนการที่เป็นลักษณะเฉพาะของระบบชีวภาพในธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงการประกอบตัวเองในระดับนาโนของส่วนประกอบและการพัฒนาโครงสร้างแบบลำดับชั้น^{[ 18 ]}

การรวมกลุ่มในการกระจายตัวของคอลลอยด์ (หรือสารแขวนลอยที่เสถียร) ได้รับการกำหนดลักษณะโดยระดับของแรงดึงดูดระหว่างอนุภาค^{[ 19 ]} สำหรับแรงดึงดูดที่แข็งแกร่งเมื่อเทียบกับพลังงานความร้อน (กำหนดโดย kT) การเคลื่อนที่แบบบราวน์จะสร้างโครงสร้างที่เกิดการรวมตัวกันแบบไม่สามารถย้อนกลับได้ โดยมีอัตราการเติบโตที่จำกัดโดยอัตราการแพร่ ของอนุภาค สิ่งนี้ทำให้เกิดคำอธิบายโดยใช้พารามิเตอร์ ต่างๆ เช่น ระดับของการแตกแขนงการแตกแขนงหรือมิติแฟรกทัล แบบ จำลอง การเติบโตแบบ ย้อนกลับได้ถูกสร้างขึ้นโดยการปรับเปลี่ยนแบบจำลองการรวมกลุ่มแบบคลัสเตอร์-คลัสเตอร์ด้วยพลังงานดึงดูดระหว่างอนุภาคที่จำกัด^{[ 20 ] [ 21 ]}

ในระบบที่แรงดึงดูดถูกบัฟเฟอร์ไว้ในระดับหนึ่ง ความสมดุลของแรงนำไปสู่การแยกเฟส สมดุล กล่าวคือ อนุภาคอยู่ร่วมกันโดยมีศักยภาพทางเคมี เท่ากัน ในสองเฟสโครงสร้างที่แตกต่างกัน บทบาทของเฟสที่เป็นระเบียบในฐานะของแข็งคอลลอยด์ยืดหยุ่นได้รับการพิสูจน์แล้วจากการเสียรูป ที่ยืดหยุ่น (หรือย้อนกลับได้) อันเนื่องมาจากแรงโน้มถ่วง การเสียรูปนี้สามารถวัดปริมาณได้โดยการบิดเบือนของพารามิเตอร์แลตติสหรือระยะห่างระหว่างอนุภาค^{[ 22 ]}

การประกอบตัวเองเป็นคำที่ใช้กันทั่วไปในวงการวิทยาศาสตร์สมัยใหม่เพื่ออธิบายการรวมตัวกันเองของอนุภาค (อะตอม โมเลกุล คอลลอยด์ไมเซลล์ฯลฯ) โดยปราศจากอิทธิพลของแรงภายนอก^{[ 18 ]} เป็นที่ทราบกัน ดีว่ากลุ่มอนุภาคขนาดใหญ่ดังกล่าวสามารถประกอบตัวเองเป็น อาร์เรย์ที่มี โครงสร้างที่กำหนดไว้อย่างดีและมีเสถียรภาพทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งค่อนข้างคล้ายกับระบบผลึก 7 ระบบที่พบในโลหะวิทยาและแร่ธาตุวิทยา (เช่น ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้า ลูกบาศก์แบบศูนย์กลางตัว ฯลฯ) ความแตกต่างพื้นฐานในโครงสร้างสมดุลอยู่ที่มาตราส่วนเชิงพื้นที่ของเซลล์หน่วย (หรือพารามิเตอร์แลตติส) ในแต่ละกรณี

การประกอบตัวเองของโมเลกุลพบได้ทั่วไปในระบบชีวภาพและเป็นพื้นฐานของโครงสร้างชีวภาพที่ซับซ้อนหลากหลายชนิด ซึ่งรวมถึงวัสดุชีวภาพที่ มีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า ซึ่งเกิดขึ้นใหม่โดยอาศัยลักษณะโครงสร้างจุลภาคและการออกแบบที่พบในธรรมชาติ ดังนั้น การประกอบตัวเองจึงกำลังกลายเป็นกลยุทธ์ใหม่ในการสังเคราะห์ทางเคมีและนาโนเทคโนโลยี^{[ 17 ]} ผลึกโมเลกุล ผลึกเหลว คอลลอยด์ ไมเซลล์อิมัลชันโพลิเมอร์ที่แยกเฟสฟิล์มบางและโมโนเลเยอร์ที่ประกอบตัวเอง ล้วนเป็นตัวอย่างของโครงสร้างที่มีระเบียบสูงซึ่งได้มาโดยใช้เทคนิคเหล่านี้ คุณลักษณะเด่นของวิธีการเหล่านี้คือการจัดระเบียบตัวเอง

โครงสร้างตาข่ายที่มีการเรียงตัวเป็นระยะๆ จะมีพฤติกรรมเหมือน ของแข็ง หนืดเชิง เส้น เมื่อถูก แรงทางกล ขนาด เล็ก กระทำ กลุ่มของ Okano ได้ทำการทดลองเชื่อมโยงโมดูลัสเฉือนกับความถี่ของโหมดเฉือนแบบยืนโดยใช้ เทคนิค การสั่นพ้อง ทางกล ใน ช่วง อัลตราโซนิก (40 ถึง 70 kHz) ^{[ 23 ] [ 24 ]} ใน การทดลอง แบบสั่นที่ความถี่ต่ำ (< 40 Hz) ได้มีการสังเกต โหมดการสั่นพื้นฐานรวมถึงโอเวอร์ โทนย่อย (หรือฮาร์โมนิก ) ที่มีความถี่สูงกว่าหลายตัว ในเชิงโครงสร้าง ระบบส่วนใหญ่แสดงให้เห็นถึงความไม่เสถียรอย่างชัดเจนต่อการก่อตัวของโดเมนเป็นระยะๆ ที่มีลำดับระยะสั้น เมื่อแอมพลิจูดการสั่นสูงกว่าค่าวิกฤตการเสียรูปพลาสติกจะเป็นโหมดหลักของการจัดเรียงโครงสร้างใหม่^{[ 25 ]}

การเปลี่ยนเฟสสมดุล(เช่น ระเบียบ/ความไม่เป็นระเบียบ) สมการสถานะและจลนศาสตร์ของการตกผลึก คอลลอยด์ ล้วนได้รับการศึกษาอย่างจริงจัง ส่งผลให้มีการพัฒนาวิธีการต่างๆ เพื่อควบคุมการประกอบตัวเองของอนุภาคคอลลอยด์^{[ 26 ]}ตัวอย่างเช่นการปลูกผลึก คอลลอยด์ และเทคนิคแรงโน้มถ่วงต่ำในอวกาศ รวมถึงการใช้การไล่ระดับอุณหภูมิเพื่อกำหนดการไล่ระดับความหนาแน่น^{[ 27 ]}ซึ่งค่อนข้างขัดกับสัญชาตญาณ เนื่องจากอุณหภูมิไม่มีบทบาทในการกำหนดแผนภาพเฟส ทรงกลมแข็ง อย่างไรก็ตาม ผลึกเดี่ยวทรงกลมแข็ง (ขนาด 3 มม.) ได้รับจากตัวอย่างในระบอบความเข้มข้นที่จะยังคงอยู่ในสถานะของเหลวหากไม่มีการไล่ระดับอุณหภูมิ^{[ 28 ]}

โดยใช้ผลึกคอลลอยด์เดี่ยว การกระจาย โฟนอนของโหมดปกติของโหมดการสั่นได้รับการตรวจสอบโดยใช้สเปกโทรสโก ปีความสัมพันธ์ ของโฟตอน หรือการกระเจิงแสงแบบไดนามิกเทคนิคนี้อาศัยการผ่อนคลายหรือการสลายตัวของความผันผวนของความเข้มข้น (หรือความหนาแน่น) ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับโหมดตามยาวใน ช่วง อะคูสติก มีการสังเกต การเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัดของความเร็วคลื่นเสียง (และด้วยเหตุนี้โมดูลัสความยืดหยุ่น ) ถึง 2.5 เท่า ณ จุดเปลี่ยนโครงสร้างจากของเหลวคอลลอยด์เป็นของแข็งคอลลอยด์ หรือจุดเรียงตัว^{[ 29 ] [ 30 ]}

การใช้ผลึกคอลลอยด์ลูกบาศก์ศูนย์กลางตัวเดียว การปรากฏของเส้น Kossel ในรูปแบบการเลี้ยวเบนถูกใช้เพื่อตรวจสอบการเกิดนิวเคลียส เริ่มต้น และการเคลื่อนที่ที่ตามมาซึ่งทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของผลึก การเสียรูปต่อเนื่องหรือเป็นเนื้อเดียวกันที่เกิดขึ้นเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นจะทำให้เกิด 'ผลึกไหล' ซึ่งความหนาแน่นของตำแหน่งการเกิดนิวเคลียสจะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อความเข้มข้นของอนุภาคเพิ่มขึ้น^{[ 31 ]}พลศาสตร์ของแลตติสได้รับการตรวจสอบสำหรับโหมดตามยาวและตามขวางเทคนิคเดียวกันนี้ถูกใช้เพื่อประเมิน กระบวนการ ตกผลึกใกล้ขอบของหลอดแก้ว กรณีแรกอาจถือได้ว่าคล้ายคลึงกับเหตุการณ์การเกิดนิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกัน ในขณะที่กรณีหลังจะถือได้อย่างชัดเจนว่าเป็น เหตุการณ์การเกิดนิวเคลียส ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งถูกเร่งปฏิกิริยาโดยพื้นผิวของหลอดแก้ว

การกระเจิงแสงเลเซอร์มุมเล็กให้ข้อมูลเกี่ยวกับการผันผวนของความหนาแน่นเชิงพื้นที่หรือรูปร่างของผลึกที่กำลังเติบโต^{[ 31 ] [ 32 ]}นอกจากนี้ กล้องจุลทรรศน์สแกนเลเซอร์แบบคอนโฟกัลยังถูกใช้เพื่อสังเกตการเติบโตของผลึกใกล้พื้นผิวแก้วคลื่น เฉือนอิ เล็ก โทรออปติก ถูกเหนี่ยวนำโดยพัลส์กระแสสลับ และตรวจสอบโดยสเปกโทรสโกปีการสะท้อนรวมถึงการกระเจิงแสง จลนศาสตร์ของการตกผลึกคอลลอยด์ได้รับการวัดในเชิงปริมาณ โดยอัตราการเกิดนิวเคลียสขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารแขวนลอย^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}ในทำนองเดียวกัน อัตราการเติบโตของผลึกแสดงให้เห็นว่าลดลงเป็นเส้นตรงเมื่อความเข้มข้นผกผันเพิ่มขึ้น

การทดลองที่ดำเนินการในสภาวะไมโครกราวิตี้บนกระสวยอวกาศโคลัมเบียแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าทั่วไปอาจถูกเหนี่ยวนำโดยความเค้นจากแรงโน้มถ่วง ผลึกมักจะแสดงโครงสร้าง hcp เพียงอย่างเดียว ( การเรียงซ้อนแบบ สุ่ม ของ ระนาบผลึกแบบหกเหลี่ยมอัดแน่น) ตรงกันข้ามกับส่วนผสมของการบรรจุแบบ rhcp และลูกบาศก์แบบศูนย์กลางหน้าเมื่อได้รับเวลาเพียงพอที่จะถึงสมดุลทางกลภายใต้แรงโน้มถ่วงบนโลก[ ^{36 ] ตัวอย่าง} คอลลอยด์ ที่เป็นแก้ว (ไม่เป็นระเบียบหรืออสัณฐาน ) กลายเป็นผลึกอย่างสมบูรณ์ในสภาวะไมโครกราวิตี้ในเวลาน้อยกว่าสองสัปดาห์!

แลตติสแบบกึ่งเรียงตัวสองมิติ ( ฟิล์มบาง ) ได้รับการศึกษาโดยใช้ กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลเช่นเดียวกับที่เก็บรวบรวมที่พื้นผิวอิเล็กโทรด กล้องจุลทรรศน์ วิดีโอ ดิจิทัล ได้เปิดเผยการมีอยู่ของเฟสเฮกซาติกสมดุล เช่นเดียวกับการเปลี่ยนเฟสของเหลวเป็นเฮกซาติกและเฮกซาติกเป็นของแข็งอันดับหนึ่งที่รุนแรง^{[ 37 ]}ข้อสังเกตเหล่านี้สอดคล้องกับคำอธิบายที่ว่าการหลอมเหลว อาจเกิดขึ้นผ่านการหลุดออกของคู่ของ ความคลาดเคลื่อนของแลตติส

มีการสังเกตลำดับระยะยาวในฟิล์มบางของของเหลวคอลลอยด์ภายใต้น้ำมัน โดย ขอบ เหลี่ยมของผลึกเดี่ยวที่เกิดขึ้นใหม่จะเรียงตัวตามรูปแบบการขีดเป็นเส้นกระจายในเฟสของเหลวข้อบกพร่อง ทางโครงสร้าง ได้รับการสังเกตโดยตรงในเฟสของแข็งที่มีระเบียบ เช่นเดียวกับที่ส่วนต่อ ประสาน ระหว่างเฟสของแข็งและของเหลว ข้อบกพร่องของแลตติซที่เคลื่อนที่ได้ถูกสังเกตผ่านการสะท้อนของแบร็กก์เนื่องจากการปรับเปลี่ยนคลื่นแสงใน สนาม ความเครียดของข้อบกพร่องและพลังงานความเครียดแบบยืดหยุ่นที่เก็บไว้^{[ 16 ]}

การทดลองทั้งหมดนำไปสู่ข้อสรุปที่เหมือนกันอย่างน้อยหนึ่งข้อ: ผลึกคอลลอยด์อาจเลียนแบบอะตอมในระดับความยาว (เชิงพื้นที่) และเวลา (เชิงเวลา) ที่เหมาะสมได้ มีการรายงานว่าข้อบกพร่องปรากฏขึ้นอย่างรวดเร็วในฟิล์มบางๆ ของผลึกคอลลอยด์ภายใต้น้ำมันโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ธรรมดา แต่การวัดอัตราการแพร่กระจายในเชิงปริมาณนั้นเป็นความท้าทายที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง ซึ่งวัดได้ว่ามีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็ว เสียง

ฟิล์มบางผลึกจากคอลลอยด์ที่ไม่เป็นทรงกลมถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคการประกอบแบบพาความร้อน รูปทรงของคอลลอยด์ประกอบด้วยรูปทรงดัมเบล ครึ่งทรงกลม แผ่นดิสก์ และทรงกระบอกทรงกลม^{[ 38 ] [ 39 ]}สามารถผลิตเฟสผลึกบริสุทธิ์และเฟสผลึกพลาสติกได้ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างของอนุภาคคอลลอยด์ คอลลอยด์ที่ไม่เป็นทรงกลมที่มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างต่ำ เช่น คอลลอยด์ที่มีลักษณะนูน ลูกตา และคล้ายตุ๊กตาหิมะ จะประกอบตัวเองเป็นอาร์เรย์ผลึกโฟตอนิกที่มีความสม่ำเสมอสูง^{[ 40 ]}อนุภาคจะตกผลึกทั้งในรูปแบบโครงสร้าง 2 มิติ (เช่น ชั้นเดียว) และ 3 มิติ (เช่น หลายชั้น) ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 40 ]}การวางแนวของแลตติสและอนุภาคที่สังเกตได้ยืนยันงานทางทฤษฎีเกี่ยวกับเฟสควบแน่นของวัตถุที่ไม่เป็นทรงกลมในเชิงทดลอง การประกอบผลึกจากคอลลอยด์ที่ไม่เป็นทรงกลมยังสามารถควบคุมได้โดยใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก^{[ 38 ] [ 45 ]}

ในทางเทคโนโลยี ผลึกคอลลอยด์ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในโลกของทัศนศาสตร์ในฐานะ วัสดุ ช่องว่างแถบ โฟตอนิก (PBG) (หรือผลึกโฟตอนิก ) โอปอลสังเคราะห์รวมถึงโครงสร้างโอปอลผกผันกำลังถูกสร้างขึ้นโดยการตกตะกอนตามธรรมชาติหรือแรงที่ใช้ ซึ่งทั้งสองวิธีให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน คือ โครงสร้างที่มีระเบียบในระยะยาวซึ่งให้ตะแกรงเลี้ยวเบนตามธรรมชาติสำหรับคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นใกล้เคียงกับขนาดอนุภาค^{[ 46 ]}

วัสดุ PBG ชนิดใหม่กำลังถูกสร้างขึ้นจากวัสดุผสม โอปอล- เซมิคอนดักเตอร์ - พอลิเมอร์ โดยทั่วไปจะใช้โครงสร้างตาข่ายที่เป็นระเบียบเพื่อสร้างอาร์เรย์ของรู (หรือรูพรุน) ที่เป็นระเบียบ ซึ่งเหลืออยู่หลังจากการกำจัดหรือการสลายตัวของอนุภาคดั้งเดิมโครงสร้างรังผึ้ง กลวงที่เหลืออยู่จะให้ ดัชนีหักเหสัมพัทธ์ (อัตราส่วนของเมทริกซ์ต่ออากาศ) ที่เพียงพอสำหรับตัวกรอง แบบเลือก ได้ ของเหลวหรือผลึกเหลวที่มีดัชนีหักเหแปรผันที่ฉีดเข้าไปในโครงข่ายจะเปลี่ยนอัตราส่วนและช่องว่างแถบพลังงาน

อุปกรณ์ที่ไวต่อความถี่ดังกล่าวอาจเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสลับแสงและตัวกรองเลือกความถี่ในย่านอัลตราไวโอเลต แสงที่มองเห็นได้ หรืออินฟราเรด รวมถึงเสาอากาศ ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ใน ย่านความถี่ ไมโครเวฟและมิลลิเมตรเวฟ

หุ่นยนต์คอลลอยด์เป็นเครื่องจักรอัตโนมัติที่ประกอบด้วยอนุภาคที่แขวนลอยเป็นคอลลอยด์^{[ 47 ]}การพิจารณาที่สำคัญสองประการคือความเป็นอิสระและการบูรณาการกับระบบหุ่นยนต์คอลลอยด์อื่นๆ ความเป็นอิสระเป็นกุญแจสำคัญในการเรียกระบบดังกล่าวว่า 'หุ่นยนต์' และหมายถึงความสามารถในการตัดสินใจโดยไม่ต้องมีการป้อนข้อมูล/สิ่งกระตุ้นจากภายนอก หุ่นยนต์คอลลอยด์มีขนาดและฟังก์ชันการทำงานอยู่ระหว่าง 'ฝุ่นอัจฉริยะ' (อุปกรณ์ขนาดเล็กกว่ามิลลิเมตรที่ใช้ซิลิคอน) และ 'คอลลอยด์แอคทีฟ' (ระบบคอลลอยด์ขนาดเล็กที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง)

มีการเสนอให้ใช้หุ่นยนต์คอลลอยด์ในบทบาทหลักๆ ไม่กี่อย่าง:

• จุดเชื่อมต่อการสื่อสารและเครือข่ายข้อมูลแบบกระจายในพื้นที่จำกัดหรือเข้าถึงยาก
• แอคทูเอเตอร์และระบบขับเคลื่อนขนาดเล็ก
• การเก็บเกี่ยวพลังงานในระดับไมโคร (โดยมีเป้าหมายสูงสุดคือหุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง)

การผลิตสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ แบบจากบนลงล่าง (top-down) และแบบจากล่างขึ้นบน (bottom-up) วิธีการแบบจากบนลงล่าง ได้แก่การพิมพ์หินด้วย CMOSที่ควบคุมโครงสร้างได้อย่างแม่นยำ สถาปัตยกรรมแบบพับตัวเอง หรือการพิมพ์ความละเอียดสูง (สำหรับกรณีที่ไม่ต้องการความละเอียดระดับนาโนเมตร) ส่วนวิธีการแบบจากล่างขึ้นบน โดยทั่วไปจะใช้การประกอบตัวเองเป็นโครงสร้างที่เป็นระเบียบในระดับความยาวที่เลือกไว้ อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์คอลลอยด์แบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบที่สามารถประกอบตัวเองได้นั้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา

ผลึกคอลลอยด์ที่ใช้ DNA เป็นพื้นฐานเป็นสาขาที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ โดยอนุภาคนาโนจะถูกปรับแต่งพื้นผิวด้วยกรดนิวคลีอิก ทำให้เกิดอนุภาคนาโนทรงกลมซึ่งมีการประยุกต์ใช้ในหลากหลายสาขา ตั้งแต่วิทยาศาสตร์วัสดุไปจนถึงวิศวกรรมชีวการแพทย์^{[ 48 ]}โดยทั่วไปจะใช้แกนโลหะ (มีการวิจัยขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกันมากมาย) ร่วมกับชั้นพื้นผิวที่หนาแน่นของกรดนิวคลีอิกในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง (มีความหนาแน่น คุณสมบัติ ฯลฯ ที่แตกต่างกัน) สามารถคิดได้ว่าแกนของอนุภาคนาโนเป็นอะตอม และกรดนิวคลีอิกเป็นกลุ่มอิเล็กตรอน และการปรับแต่งกรดนิวคลีอิกจะช่วยปรับแต่งไฟฟ้าสถิตและพันธะ ช่วยให้เกิดโครงสร้างคอลลอยด์ที่หลากหลาย

สาขานี้ได้พัฒนาไปไกลมากนับตั้งแต่เริ่มต้นในปี 1996 เมื่อ กลุ่ม ของ Chad Mirkinทำงานเกี่ยวกับอนุภาคนาโนทองคำที่ดัดแปลงด้วยดีเอ็นเอซึ่งประกอบกันเป็นโครงสร้างเป็นระยะๆ งานวิจัยเพิ่มเติมนำไปสู่ความเข้าใจว่าแม่แบบนี้ได้กำหนด "กรดนิวคลีอิกทรงกลม" ชนิดใหม่ ซึ่งต่อมาได้ถูกนำมาใช้ในการสร้างเครื่องมือวินิจฉัยและรักษาโรค ผลึกคอลลอยด์ที่ใช้ดีเอ็นเอเป็นพื้นฐานแบบผลึกเดี่ยวยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเร่งปฏิกิริยาและอุปกรณ์ทางแสง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะโลหะหลากหลายชนิดที่สามารถนำมาใช้สร้างแกนกลางได้

ในขณะที่เป้าหมายของนักวิจัยส่วนใหญ่คือการดูระบบที่บรรจุแน่นสนิทที่มีระเบียบสูง แต่ก็ยังมีงานวิจัยอีกจำนวนมากที่ออกแบบระบบที่ซับซ้อนแต่ไม่ได้บรรจุแน่นสนิท เช่น การใช้อนุภาค DNA origami ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมรูปร่างและตำแหน่งการจับได้อย่างแม่นยำในระดับนาโน^{[ 49 ]}

ผลึกคอลลอยด์มีต้นกำเนิดมาจากการศึกษาโอปอล และปัจจุบันมีการสังเคราะห์และศึกษาผลึกคอลลอยด์เป็นประจำ การใช้งานที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือการสร้างสีเชิงโครงสร้าง โดยการควบคุมคุณสมบัติ เช่น ฟังก์ชัน การประจุ ฯลฯ เพื่อสร้างโครงสร้างและมิติที่เฉพาะเจาะจง^{[ 50 ]}วัสดุที่มีช่องว่างแถบโฟตอนิก (PBGs) สะท้อนส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ จึงมีสี แต่วัสดุเหล่านี้ยังมีสีคงที่ เนื่องจากไม่มีการใช้สีย้อม ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากสำหรับการใช้งานหลายอย่างในชีวิตจริง

ความยาวคลื่นของการสะท้อนสามารถคำนวณได้จาก กฎของ แบร็กและสเนลล์ที่ รวมกัน ซึ่งคำนึงถึงระยะห่างระหว่างอนุภาคคอลลอยด์ (d) ดัชนีหักเห (n) และเศษส่วนการบรรจุของผลึก ( ): . ^{[ 50 ]}${\displaystyle \phi }$${\displaystyle \lambda _{max}=(8/3)^{1/2}(d/m)(\Sigma n_{i}^{2}\phi _{i}-\sin ^{2}\theta )^{1/2}}$

ผลึกคอลลอยด์พอลิเมอร์ที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้าถูกนำมาใช้ในการสร้างเซนเซอร์ทางเคมี (รวมถึงกลไกการวัดสี) เพื่อตรวจจับสารวิเคราะห์ต่างๆ เช่น แอลกอฮอล์ กลูโคส เป็นต้น เมื่อผลิตร่วมกับเทคนิคการพิมพ์โมเลกุล เซนเซอร์เหล่านี้สามารถทำให้มีความเลือกสูงต่อสารวิเคราะห์ที่สนใจเพียงชนิดเดียว และมีประโยชน์อย่างยิ่งในการตรวจจับสารพิษในความเข้มข้นต่ำมาก^{[ 51 ]}

• MW Barsoum, พื้นฐานของเซรามิกส์ , McGraw-Hill Co., Inc., 1997, ISBN 978-0-07-005521-6.
• WD Callister, Jr., วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ: บทนำ , ฉบับที่ 7, John Wiley & Sons, Inc., 2006, ISBN 978-0-471-73696-7.
• WD Kingery, HK Bowen และ DR Uhlmann, ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเซรามิกส์ , John Wiley & Sons, Inc., 1976, ISBN 0-471-47860-1.
• MN Rahaman, กระบวนการผลิตและการเผาผนึกเซรามิก , ฉบับที่ 2, Marcel Dekker Inc., 2003, ISBN 0-8247-0988-8.
• JS Reed, บทนำสู่หลักการแปรรูปเซรามิก , John Wiley & Sons, Inc., 1988, ISBN 0-471-84554-X.
• DW Richerson, วิศวกรรมเซรามิกสมัยใหม่ , ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2, Marcel Dekker Inc., 1992, ISBN 0-8247-8634-3.
• WF Smith, หลักการของวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมวัสดุ , ฉบับที่ 3, McGraw-Hill, Inc., 1996, ISBN 978-0-07-059241-4.
• Wachtman, John B. (1996). คุณสมบัติเชิงกลของเซรามิกส์ . นิวยอร์ก: Wiley-Interscience, John Wiley & Son's. ISBN 978-0-471-13316-2.
• LH VanVlack, เซรามิกส์เชิงกายภาพสำหรับวิศวกร , สำนักพิมพ์ Addison-Wesley, 1964, ISBN 0-201-08068-0.
• การกระจายตัวของคอลลอยด์ , รัสเซลล์, ดับเบิลยู บี และคณะ (บรรณาธิการ), สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ (1989)
• หนังสือ Sol-Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processingโดย C. Jeffrey Brinker และ George W. Scherer จัดพิมพ์โดย Academic Press (1990)
• วัสดุโซล-เจล: เคมีและการประยุกต์ใช้โดย จอห์น ดี. ไรท์ และ นิโค เอเจเอ็ม ซอมเมอร์ไดค์
• เทคโนโลยีโซล-เจลสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้แก้วโดย มิเชล เอ. เอเกอร์เตอร์ และ เอ็ม. เมนนิก
• Sol-Gel Optics: Processing and Applications , Lisa Klein, Springer Verlag (1994)

• มหาวิทยาลัยอูเทรคต์
• การก่อตัวและการเจริญเติบโต