Rimpels en plooien zijn alomtegenwoordig. Ze komen voor in gefronste wenkbrauwen, planetaire topologie, het oppervlak van het menselijk brein, zelfs de onderkant van de voet van een gekko. Vaak, ze zijn de ingenieuze manier van de natuur om meer oppervlakte in een beperkte ruimte te verpakken. wetenschappers, de natuur nabootsen, hebben lang geprobeerd om oppervlakken te manipuleren om rimpels en vouwen te creëren om kleinere, meer flexibele elektronische apparaten, vloeistofdragende nanokanalen of zelfs afdrukbare mobiele telefoons en computers.

Maar om die technologische hoogstandjes te bereiken, wetenschappers moeten het profiel en de prestaties van rimpels en plooien op nanoschaal volledig begrijpen, afmetingen 1/50, 000ste van de dikte van een mensenhaar. In een reeks observaties en experimenten, ingenieurs van Brown University en in Korea hebben op nanoschaal ongebruikelijke eigenschappen ontdekt in rimpels en plooien. De onderzoekers melden dat rimpels die op superdunne films zijn ontstaan, lange golven hebben verborgen die langer worden, zelfs als de film wordt samengedrukt. Het team ontdekte ook dat wanneer vouwen in dergelijke films worden gevormd, gesloten nanokanalen verschijnen onder het oppervlak, zoals duizenden superkleine pijpjes.

"Rimpels zijn overal in de wetenschap, " zei Kyung-Suk Kim, professor in de techniek bij Brown en corresponderende auteur van het artikel gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de Royal Society A . "Maar ze hebben bepaalde geheimen. Met deze studie, we hebben wiskundig gevonden hoe de rimpelafstanden van een dunne plaat worden bepaald op een grotendeels vervormd zacht substraat en hoe de rimpels evolueren naar regelmatige plooien."

Rimpels ontstaan ​​wanneer een dun, stijf laken wordt geknikt op een zachte ondergrond of in een zachte omgeving. Ze zijn voorlopers van regelmatige vouwen:wanneer het vel voldoende is samengedrukt, de rimpels zijn zo dicht bij elkaar geplaatst dat ze plooien vormen. De vouwen zijn interessant voor fabrikanten, omdat ze een groot oppervlak van een plaat in een eindige ruimte kunnen passen.

Kim en zijn team legden gouden nanogranulaire filmvellen van 20 tot 80 nanometer dik op een rubberachtig substraat dat veel wordt gebruikt in de micro-elektronica-industrie. De onderzoekers comprimeerden de film, het creëren van rimpels en onderzocht hun eigenschappen. Net als in eerdere onderzoeken, ze zagen primaire rimpels met korte periodiciteiten, de afstand tussen de pieken of dalen van individuele rimpels. Maar Kim en zijn collega's ontdekten een tweede type rimpel, met een veel langere periodiciteit dan de primaire rimpels - als een verborgen lange golf. Terwijl de onderzoekers de gouden nanogranulaire film comprimeerden, de periodiciteit van de primaire rimpels nam af, zoals verwacht. Maar de periodiciteit tussen de verborgen lange golven, die de groep secundaire rimpels noemde, verlengd.

"Dat vonden we vreemd, ' zei Kim.

Het werd nog vreemder toen de groep plooien vormde in de gouden nanogranulaire vellen. Op het oppervlak, alles leek normaal. De plooien ontstonden toen de toppen van aangrenzende rimpels zo dichtbij kwamen dat ze elkaar raakten. Maar het onderzoeksteam berekende dat die vouwen, indien langwerpig, kwam niet overeen met de lengte van de film voordat deze was gecomprimeerd. Er werd geen rekening gehouden met een stuk van het originele filmoppervlak, "alsof het begraven was, ' zei Kim.

Inderdaad, het was, als gesloten kanalen van nanogrootte. Eerdere onderzoekers, met behulp van atoomkrachtmicroscopie die het oppervlak van de film scant, had de begraven kanalen niet kunnen zien. De groep van Kim wendde zich tot gefocusseerde ionenstralen om een ​​dwarsdoorsnede van de film te extraheren. Daar, onder het oppervlakte, waren rijen gesloten kanalen, ongeveer 50 tot enkele 100 nanometer in diameter. "Ze waren verborgen, "Zei Kim. "Wij waren de eersten die (de film) sneden en zagen dat er kanalen onder zitten."

De ingesloten nanokanalen zijn belangrijk omdat ze kunnen worden gebruikt om vloeistoffen, van medicijnen op pleisters om ziekten of infecties te behandelen, voor schoon water en energiewinning, als een microscopisch kleine hydraulische pomp.