Forskere studerer, hvordan nanopartikler samler sig i bestemte strukturer

(Phys.org)—Forestil dig en computerchip, der kan samle sig selv. Ifølge Eric M. Furst, professor i kemisk og biomolekylær ingeniørvidenskab ved University of Delaware, ingeniører og videnskabsmænd er tættere på at gøre denne og andre skalerbare former for nanoteknologi til virkelighed som følge af nye milepæle i at bruge nanopartikler som byggesten i funktionelle materialer.

Furst og hans postdoktorale forskere, James Swan og Paula Vasquez, sammen med kolleger hos NASA, Den Europæiske Rumorganisation, Zin Technologies og Lehigh University, rapporterede fundet 17. september i en artikel i Proceedings of the National Academies of Science ( PNAS ) online-udgave.

Berettiget "Multi-skala kinetik af en feltstyret kolloid faseovergang, " artiklen beskriver, hvordan forskerholdets udforskning af kolloider, mikroskopiske partikler, der kun er hundrededele af diameteren af ​​et menneskehår, for bedre at forstå, hvordan nano- "byggesten" kan ledes til "selvsamling" i bestemte strukturer.

Forskerholdet undersøgte paramagnetiske kolloider, mens de periodisk påførte et eksternt magnetfelt med forskellige intervaller. Med den helt rigtige frekvens og feltstyrke, holdet var i stand til at se partiklerne overgå fra en tilfældig, fast lignende materiale i meget organiserede krystallinske strukturer eller gitter.

Ifølge Furst, professor ved UD's Institut for Kemi- og Biomolekylær Teknik, ingen før har nogensinde været vidne til denne guidede "faseadskillelse" af partikler.

"Denne udvikling er spændende, fordi den giver indsigt i, hvordan forskere kan bygge organiserede strukturer, krystaller af partikler, ved at bruge retningsfelter, og det kan give anledning til nye opdagelser i, hvordan vi kan få materialer til at organisere sig selv, "Sagde Furst.

Fordi tyngdekraften spiller en rolle i, hvordan partiklerne samles eller skilles ad, forskerholdet studerede suspensionerne ombord på den internationale rumstation (ISS) gennem samarbejde med NASA-forskere og astronauter. En interessant observation, Furst rapporterede, var hvordan strukturen dannet af partiklerne langsomt blev groft, voksede derefter hurtigt og adskilte - svarende til den måde, olie og vand adskilles på, når de kombineres - før de omdannes til en krystallinsk struktur.

Allerede, Fursts laboratorium har skabt nye nanomaterialer til brug i optiske kommunikationsmaterialer og termiske barrierebelægninger. Denne nye detalje, sammen med andre registrerede data om processen, vil nu gøre det muligt for forskere at opdage andre veje til at manipulere og skabe nye nanomaterialer fra nanopartikelbyggesten.

"Nu, når vi har en partikel, der reagerer på et elektrisk felt, vi kan bruge disse principper til at guide denne samling til strukturer med nyttige egenskaber, som i fotonik, "Tilføjede Furst.

Arbejdet kan potentielt vise sig at være vigtigt i fremstillingen, hvor evnen til at forprogrammere og styre selvsamlingen af ​​funktionelle materialer er yderst ønsket.

"Dette er første gang, vi har præsenteret forholdet mellem en oprindeligt uordnet struktur og en meget organiseret og mindst en af ​​vejene mellem de to. Vi er begejstrede, fordi vi tror, ​​at begrebet styret selvsamling vil muliggøre en skalerbar form for nanoteknologi, " han sagde.