Die wenig bekannte Wissenschaft, die alles rund um uns (Op-Ed) verbessert

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen Artikel Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

UNESCO erklärte 2014 als das Internationale Jahr der Kristallographie. Aber warum? Ganz einfach weil die Wissenschaft der Kristallographie revolutioniert hat, wie wir leben – und doch nur wenige Menschen davon wissen.

Kristallographie ist die Studie von kristallinen Festkörpern zu verstehen, wie die Atome im Inneren der Festkörper angeordnet sind. Normalerweise feuert einen Strahl von Röntgenaufnahmen bei einer Probe dabei und Aufnahme der Muster von denen Röntgenstrahlen verstreut. Aus der Interpretation dieser Muster können wir ableiten, Informationen über die Art und Weise-Atome sind in festem Untergrund angeordnet. Durch das Verständnis der Atomanordnung, interpretieren wir die Eigenschaften diese Feststoffe anzuzeigen und ihnen hoffentlich verbessern. Einzelnen Kristalle (wie ein Körnchen Salz oder Zucker) streuen ein einziger Lichtstrahl so viele gut geteilte Balken Röntgenstrahlen, die als eine Reihe von Flecken auf einer Röntgen-sensible Platte aufgezeichnet werden können.

Pulverförmige Proben, z. B. Puderzucker, Zucker oder Zement, streuen Röntgenstrahlen in den Zapfen, die als Ringe auf einer Röntgen-sensible Platte erscheinen. Interpretation der x-ray Streubildern von Einkristallen und Pulver ist das Reich der Kristallographie.

Wir können nicht erkennen, dass es aber Kristallographie ist grundlegend für viele Zweige der Wissenschaft und Technik, die wir in unserem täglichen Leben selbstverständlich. Hier ist eine Geschichte von meinem normalen Tag, mit denen ich zeigen werde seine Auswirkungen:

Mein Wecker weckt mich um 06:45. Ich bin erleichtert, dass das Haus im Sturm der letzten Nacht geblasen haben sich offenbar nicht. Ich mache einige Kaffee und meine e-Mails auf meinem Handy. Ich habe das Frühstück und dann meine Zähne putzen, bevor Sie zur Arbeit zu gehen. Das Auto beginnt zu ersten Mal und ich fahre zur Arbeit, eines Uni-Campus, wo viele Gebäude vor kurzem entstanden sind. Das Laufwerk hat mir Kopfschmerzen gegeben, so dass wenn ich in mein Büro komme ich zwei Paracetamol Tabletten nehmen. Dann ist es mit dem Tag – meine Arbeit als einen Kristallographen auf.

Die Batterien in meinem Wecker und elektrische Zahnbürste, wie die meisten elektronischen Geräte enthalten ein komplexe kristallines Material, das den Durchgang eines elektrischen Stromes ermöglicht. Eine enorme Menge an Forschung gegangen in der Gestaltung der Materialien für die Aufgabe und das Herzstück dieser ist Röntgen-Kristallographie. Wissenschaftler haben diese Technik zu verstehen und verbessern die Lithium-Ionen-Leiter in Batterien verwendet.

Mein Haus und Arbeit Gebäude verlassen sich auf Beton und wir halten es für selbstverständlich, aber die Herstellung von Beton ist eine sehr komplexe chemische Reaktion. Die Entwicklung des Betons hat setzte stark auf Kristallographie – Wissenschaftler haben das Gemisch optimiert und verwendet Röntgenstrahlen um zu verstehen, wie Veränderungen in der Zusammensetzung führen zu Veränderungen in der atomaren Struktur, bilden die Grundlage der Stärke und Aushärtung des Zements.

In meinem Auto verwendeten Metalle sind Beispiele für leichte, starke Legierungen, die durch Kristallographie untersucht werden. Beispielsweise kann die Technik unterscheiden zwischen einer entsprechend abgekühlte Probe und gekühlt in die falsche Richtung (da letztere eher zu knacken ist). Kristallographie wurde verwendet, um Spannungen im Material und Design-Komponenten, die Stress widerstehen zu studieren. Ohne Kristallographie hätten wir einfach die Leichtbaukomponenten heute weit verbreitet in Autos und Flugzeugen.

In ähnlicher Weise wäre der Aufstieg der Mikroelektronik wie mein Handy und Tablet nicht ohne Kristallographie geschehen. Die komplexen Halbleiter mit Schichten unterschiedlicher Materialien mit aufeinander abgestimmten Strukturen wurden mit Hilfe der Kristallographie entwickelt.

Und was ist Paracetamol, das nahm ich für Kopfschmerzen? Die Auswirkungen der Kristallographie in der pharmazeutischen Industrie ist immens gewesen; Es ist der Goldstandard für die Bestimmung der neuen Drogen-Strukturen. Eine Kenntnis der Droge Struktur ermöglicht die Identifizierung der Art und Weise, die das Medikament mit dem Körper interagieren. Wichtig ist, kann Kristallographie auch verwendet werden, um die Reinheit von verschreibungspflichtigen Medikamenten zu demonstrieren: jede Verbindung hat einen einzigartigen Fingerabdruck in der Weise es Röntgenstrahlen streut – wenn das Muster extra-Features enthält, dann das Medikament verfälscht worden. So spielte Kristallographie eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von sicheren, wirksamen Arzneimitteln.

Fast jede solides Gerät oder Gerät wurde entworfen oder mit Kristallographie in irgendeiner Weise verbessert. Es prägt unsere moderne Welt in Hinsicht fast zu zahlreich, um Sie zu zählen.

UNESCO hat entschieden, eine zentrale Wissenschaft zu feiern, die viele Entdeckungen im menschlichen Leben, von der ersten Kristallstruktur im Jahr 1912, die Struktur der DNA im Jahre 1953,, zu aktuellen Studien der komplexen Proteinen und Materialien entwickelt geholfen hat, um Wasserstoff zu speichern oder Kohlendioxid zu erfassen. Aber es ist nicht nur die Erde, wo Kristallographie verwendet wird – im September 2013 ein Team von Wissenschaftlern der NASA aus unter der Leitung von David Bish der Indiana Universität berichtete über die Mineralogie des Mars. Ihre kristallographischen Experimente auf dem Mars identifiziert die Felsen vorhanden, und überprüft die Behauptung über die Anwesenheit von Wasser auf dem roten Planeten.

Im Jahr 2014 werden Wissenschaft Messen Kristallographie, eine ruhige bescheidene Wissenschaftsdisziplin, feiern ohne die modernen Lebens ganz anders wäre.

Weitere Artikel aus dieser Serie: Erklärer: was Kristallographie ist?

Timothy Prior wird finanziell vom Engineering and Physical Sciences Research Council unter Grant-Nummer EP/I028692/1.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf das Gespräch. Lesen Sie die