Nano -verden:Hvor tårne ​​konstruerer sig selv

Forestil dig, at et tårn kun bygger sig ind i den ønskede struktur ved kun at vælge de passende mursten. Absurd - og dog i nanoverdenen er dette virkelighed:Der kan en uordnet skare af komponenter starte dannelsen af ​​en ordnet struktur-en proces kendt som selvsamling. Fysikerne Christos Likos (Universitetet i Wien), Emanuela Bianchi og Gerhard Kahl (begge Wiens teknologiske universitet) undersøger, hvordan de kan kontrollere bestillingen af ​​sådanne selvsamlende strukturer og fandt ud af, hvordan man tænder og slukker samlingsprocessen. Resultaterne er nu offentliggjort i high-impact journal Nano bogstaver .

Materialer med specifikke egenskaber på nano- og mikroskala-niveau er meget eftertragtede på grund af det brede spektrum af applikationer inden for elektronik, solceller og biomimetisk materialesyntese. For mange af disse applikationer, mesoskopiske krystallinske strukturer er ofte nødvendige, og derfor må forskere klare udfordringen med at udvikle pålidelige, effektive og billige metoder til at producere målstrukturer med specifikke symmetrier og fysiske egenskaber. I dag, frem for at stole på eksternt kontrollerede værktøjer, de fleste fremstillingsmetoder er baseret på selvsamling af omhyggeligt udvalgte/syntetiserede baseenheder. Den makroskopiske modstykke ville svare til at bygge et tårn eller en bro bare ved at vælge de passende mursten og lade dem selvorganisere sig i den ønskede struktur.

På det store område af funktionelle nano- og mikroskala materialer, realiseringen af ​​mono- og to-lags samlinger på overflader er af afgørende betydning. Lavdimensionelle systemer med veldefinerede funktioner har nemlig applikationer som f.eks. antirefleksbelægninger, biosensorer, data opbevaring, optiske og fotovoltaiske enheder, eller katalysatorer. Egenskaberne for disse materialer afhænger stærkt af en delikat balance mellem egenskaberne for samleenhederne og de underliggende overflades egenskaber.

I vores bidrag fokuserede vi på nano-enheder med et kompliceret overflademønster, bestående af områder med forskellig overfladeladning. De undersøgte enheder er for det meste negativt ladet med undtagelse af de positivt ladede polarområder på toppen og bunden af ​​partiklerne. Lignende ikke-homogent ladede enheder forekommer enten i biosystemer, f.eks. virale kapsider og proteiner, eller i eksperimentelt syntetiserede systemer, f.eks. viruslignende nanopartikler, plettede vesikler og nano-terninger dækket med specifikke metaller.

I det kommende papir fokuserede vi på selvsamling af de beskrevne heterogent ladede partikler i nærheden af ​​et homogent ladet substrat. Vores computersimuleringer viste, hvordan komplekse strukturer på nanoskala-niveau spontant kan opstå, og hvordan det er muligt pålideligt at kontrollere partiklernes rækkefølge i specifikke, næsten todimensionale aggregater. Afhængigt af forskellige parametre, såsom partikel/vægladning og forlængelse af de ladede områder på partikeloverfladen, vores enheder kan danne overfladelag med forskellige tætheder (og muligvis forskellige reaktioner på eksterne stimuli):nogle gange samles partikler i tætpakket, sekskantordnede krystallinske aggregater, nogle gange dannes de åbne, firkantede lag, nogle gange samles de slet ikke. Vores arbejde var i stand til at undersøge variationen af ​​de selvsamlede strukturer, der tilbydes af de valgte mursten, og til at karakterisere den specifikke kollektive adfærd, der forekommer ved indstilling af de relevante parametre for disse systemer. Desuden og vigtigst af alt, vi viste, at ved subtile ændringer af enten opløsningens pH eller substratets elektriske ladning, det er muligt reversibelt at tænde og slukke for samlingsprocessen samt at fremkalde en transformation fra et specifikt rumligt/orienteringsarrangement til et andet.