Forskere viser polymeriserede nanokuber danner komplekse strukturer

(Phys.org) — Nanopartikler samlet på nye måder har løftet om en bølge af nye højteknologiske materialer, der kunne tilbyde høj styrke, forbedrede magnetiske egenskaber, lysreflektivitet eller absorption, brug som katalysatorer og meget mere. Forskere ved U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har udviklet en teoretisk model til at udforske effekten af ​​polymerbelægninger, herunder DNA, til selvsamling af nanokuber til såkaldte supergitter.

Det, der gør arbejdet af Ames Laboratory-fysiker Alex Travesset og færdiguddannet assistent Chris Knorowski væsentligt, er, at de har karakteriseret, hvordan disse nanokuber danner krystallinske og flydende krystallinske strukturer. Deres arbejde blev offentliggjort i udgaven af ​​10. december Journal of the American Chemical Society og nævnt i en Editor's Choice-artikel i 31. januar-udgaven af Videnskab .

"Sfæriske nanopartikler, er isotrope, så de kan justere i alle retninger, " Travesset forklarer. "Nanokuber er forskellige. De er anisotrope, så de viser orienteringsrækkefølge. De vil kun stables sammen, hvis ansigterne orienterer sig på bestemte måder."

"Fra et mere anvendt synspunkt, terninger kan pakkes sammen mere effektivt end kugler; i konfigurationer, der ikke efterlader huller, " tilføjer han, "så de er af interesse inden for områder som katalyse, hvor du ønsker at maksimere kontaktområdet."

Til dato havde videnskabsmænd kun overvejet teoretiske systemer, der består af hårde nanokuber. Imidlertid, ved at belægge nanokuber med tråde af polymer, de strukturer, der dannes, bindes sammen, så de kan udvindes og studeres i laboratoriemiljøer. Nanokuberne kan være metalliske, guld eller sølv, eller lavet af halvledende materiale.

Travessets teoretiske model bruger både en generel polymer og DNA. Mens begge resulterede i samling af nanokuber til komplekse krystallinske strukturer, DNA-systemet tillader kontrol af selvsamling ved hybridisering af komplementære basepar.

"Med DNA, du kan indkode information om, hvilke terninger der skal samles med hvilke andre terninger, " sagde Travesset. "Det giver dig en mere præcis måde at målrette mod relevante selvsamlede strukturer."

"Fordi systemet kan polymeriseres i vand, den samlede struktur kan udtages og bruges i tørre omgivelser, " sagde Travesset. "Og disse komplekse strukturer giver meget flere muligheder for applikationer og systemer end simple hårde kuber tillader. Vi håber, at disse systemer vil føre til yderligere eksperimenter."