新模型将模式形成理论扩展到纳米宇宙

马克斯·普朗克动力学与自组织研究所（MPI-DS）的科学家开发的一个新模型将弹性相分离理论扩展到纳米结构。这种图案在生物系统中很常见，在纳米工程中也被用来创造结构颜色。凭借他们的新见解，科学家们可以预测纳米图案的长度尺度，从而在生产过程中控制它们。该模型发表在《物理评论X》杂志上。

在生物系统中随处可见定义明确的结构模式。一个众所周知的例子是鸟类羽毛和蝴蝶翅膀的着色，它依赖于纳米结构的规则排列，即所谓的结构色。这种图案通常通过相分离形成

不同的成分相互分离，类似于油与水的分离。然而，目前尚不清楚大自然是如何创造出明确的图案来产生这种颜色的。一般来说，在这种亚微米长度的尺度上制造合成材料是一个常见的挑战

控制相分离结构的一种方法依赖于弹性：弹性理论在宏观尺度上很好地描述了材料的变形，例如，解释一块橡胶如何在力的作用下变形。然而，在纳米尺度上，材料不再是均匀的，对材料的宏观描述也不够充分

相反，分子的实际排列很重要。此外，使任何材料变形都需要能量，从而阻碍了大的变形。因此，通过相分离形成的单个液滴不能无限期地生长。根据它们的排列，可能会出现一种规则的模式。

由MPI-DS的马克斯·普朗克研究小组“生物流体理论”负责人David Zwicker领导的科学家现在已经开发了一个模型来解决这一问题。他们提出了一种基于非局部弹性的理论，通过相分离来预测图案的形成

新理论预测了材料特性如何影响形成的图案。因此，它可以帮助工程师创造特定的纳米结构，遵循自然利用的自组织物理原理