En ny måde at gå fra nanopartikler til suprapartikler

(PhysOrg.com) -- At kontrollere nanopartiklers adfærd kan være lige så svært at prøve at skændes med en gruppe teenagere. Imidlertid, en ny undersøgelse, der involverer det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory, har givet videnskabsmænd indsigt i, hvordan tilpasning af en nanopartikels attraktive elektroniske kvaliteter kan føre til skabelsen af ​​ordnede ensartede "suprapartikler."

"Der er en delikat balance, du skal finde, ” sagde Argonne-fysiker Byeongdu Lee, som ledede karakteriseringen af ​​suprapartiklerne ved hjælp af højenergi røntgenstråler leveret af Argonnes Advanced Photon Source. "Hvis den attraktive Van der Waals-styrke er for stærk, alle nanopartikler vil smadre sammen på én gang, og du ender med en grim, uordentligt glas. Men hvis den frastødende Coulomb-kraft er for stærk, de vil aldrig komme sammen i første omgang."

Forskere fra University of Michigan og Kina samarbejdede også om undersøgelsen.

Dette problem med at forsøge at opnå den rigtige form for balance har underbygget et helt felt af kolloid forskning, ifølge Lee. Men selvom den rette ligevægt opnås for at fremme det langsomme, stabil vækst af en suprapartikel, indtil nu har forskere stadig haft meget lidt mulighed for at kontrollere størrelsen af ​​den partikel, der ville vokse. "Hvis du var i stand til at gøre tiltrækningskraften bare lidt stærkere end den frastødende kraft, du ville se væksten af ​​en krystal - men du ville ikke være i stand til at diktere, hvor stor den voksede, " sagde han.

Argonne-forskningen fokuserede på at finde en måde, hvorpå en suprapartikel automatisk stopper sin egen vækst. En sådan tilstand kunne kun forekomme, hvis nanopartiklernes nettotiltrækningskraft mod indersiden af ​​suprapartiklerne var større end nettotiltrækningskraften af ​​nanopartiklerne, der dannede kanten af ​​suprapartiklerne - en såkaldt "kerne-skal-morfologi. ”

Selvom kerne-skal morfologier var blevet observeret i tidligere forskning, disse tidligere undersøgelser havde koncentreret sig om de typer suprapartikler skabt af "monodisperse" nanopartikler - dem, som kugler, ville dele en fælles størrelse og form. "Det er nemmere at få individer til at gruppere sig i større grupper, hvis de har karakteristika til fælles, end hvis de ikke har, " sagde Lee. "Det er ligesom gymnasiet på den måde."

I stedet for at holde fast i monodispersitet, imidlertid, Argonne-forskningen fokuserede i stedet på "polydisperse" nanopartikler - dem med en bred vifte af størrelser, masser, og konfigurationer. "Fordelen ved vores teknik er, at der ikke længere er behov for monodispersitet. Du kan blande to forskellige komponenter - som et metal og en halvleder - og stadig se den samme slags kontrollerede selvbegrænsende samling."

Selvom forskningen i suprapartikler født fra polydisperse samlinger af nanopartikler stadig er i sin vorden, Lee og hans kolleger mener, at metoden kan finde vej til en række forskellige applikationer, måske lige fra optik til medicinafgivelse til solcelleanlæg. "Når du arbejder med nanoteknologi, vi er nødt til at spørge 'kan vi gøre det her?', før vi rigtig ved, hvad vores opdagelse vil være nyttigt til, ” forklarede Lee. "Vi håber, at yderligere undersøgelser vil åbne op for nye opdagelseslinjer, som vi ikke engang har udtænkt endnu."

En artikel baseret på forskningen vises i september 2011-udgaven af Natur nanoteknologi .