Nanorod-samlet rækkefølge påvirker diffusionshastighed og retning

Nogle af de seneste fremskridt inden for nanoteknologi afhænger i høj grad af, hvordan nanopartikler bevæger sig og diffunderer på en overflade eller i en væske under ikke-ideelle til ekstreme forhold. Georgia Tech har et team af forskere dedikeret til at fremme denne grænse.

Rigoberto Hernandez, en professor ved skolen for kemi og biokemi, undersøger disse forhold ved at studere tredimensionelle partikeldynamiksimuleringer på højtydende computere. Hans nye fund, som fokuserer på bevægelserne af en sfærisk sonde blandt statiske nåle, er landet på forsiden af ​​februar's The Journal of Physical Chemistry B .

Hernandez og hans tidligere ph.d. studerende, Ashley Tucker, samlede de stanglignende spredere i en af ​​to tilstande under sine simuleringer:uordnet (isotropisk) og ordnet (nematisk). Da nanoroderne var uorden, peger i forskellige retninger, Hernandez fandt ud af, at en partikel typisk diffunderede ensartet i alle retninger. Når hver stang pegede i samme retning, partiklen, gennemsnitlig, diffunderede mere i samme retning som stængerne end mod stangenes korn. I denne nematiske tilstand, sondens bevægelse efterlignede scatterers langstrakte form. Overraskelsen var, at partiklerne nogle gange diffunderede hurtigere i det nematiske miljø end i det uordnede miljø. Det er, kanalerne, der efterlades åbne mellem de ordnede nanorods, styrer ikke bare nanopartikler i en retning, de gør det også muligt for dem at køre lige igennem.

Efterhånden som densiteten af ​​spredere øges, kanalerne bliver mere og mere overfyldte. Partiklen, der diffunderer gennem disse stadig mere overfyldte forsamlinger, sænkes dramatisk i simuleringen. Alligevel, forskerne fandt ud af, at de nematiske spredere fortsatte med at rumme hurtigere diffusion end uordnede spredere.

"Disse simuleringer bringer os et skridt tættere på at skabe en nanorod-enhed, der gør det muligt for forskere at kontrollere strømmen af ​​nanopartikler, "sagde Hernandez." Blue-sky-applikationer af sådanne enheder omfatter oprettelse af nye lysmønstre, informationsflow og andre mikroskopiske triggere."

For eksempel, hvis videnskabsmænd har brug for en sonde til at diffundere i en bestemt retning med en bestemt hastighed, de kunne få nanoroderne til at bevæge sig i en bestemt retning. Når de skal ændre partikelretningen, scatterere kunne derefter udløses til at omarrangere i en anden retning. Ja, udløseren kan være fraværet af tilstrækkelige nanopartikler i en given del af enheden. Den efterfølgende omlægning af nanoroderne ville derefter drive en genopbygning af nanopartikler, der derefter ville være tilgængelige for at udføre en ønsket handling, for at stimulere lysstrømmen.

"Selvom dette NSF-finansierede arbejde for bedre at forstå partiklers bevægelse inden for komplekse arrays på nanoskalaen er meget grundlæggende, Hernandez siger, "det har betydelige langsigtede implikationer på enhedsfabrikation og ydeevne i sådanne skalaer. Det er sjovt at tænke på og giver god træning til mine elever."