Brug af polymerer til at kontrollere nanopartiklers organisatoriske adfærd

For at skabe nye nanomateriale teknologier såsom næste generation af belysning, grundlæggende udfordringer, der ligger til grund for videnskaben og teknikken for nanopartikler, skal løses. For eksempel, mange foreslåede teknologier afhænger af organiseringen af ​​partikler i lag, kaldet film, der har en præcis mikrostruktur. Imidlertid, fremstilling af disse film er en udfordrende bedrift at opnå, fordi det er vanskeligt at kontrollere strukturen af ​​nanopartikelsamlinger på mikrometerskalaer.

Forskere ved Carnegie Mellon University har fundet en løsning - nanopartikler kan organiseres i en mere forudsigelig, organiseret mode, når overflademodificeret med polymerkæder. Ved at udnytte de iboende organisatoriske egenskaber af polymere bindinger, nanopartikler kan programmeres til selv at samles i en række mikron-størrelser domænestrukturer på en reversibel måde. Disse resultater blev offentliggjort i 23. december-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

"Vi har vist, at du kan kontrollere interaktioner mellem nanopartikelbyggesten, og derfor har du nu evnen til at skabe molekylære strukturer med partikler, som ikke tidligere var mulige, " siger Carnegie Mellon Universitys professor i materialevidenskab og teknik Michael Bockstaller, en hovedforfatter på undersøgelsen. Forskerne har demonstreret denne nye tilgang til et modelpartikelsystem, der vil fungere som et syntetisk testbed for en række andre nanopartikelmaterialer. Disse materialer bliver undersøgt med henblik på anvendelser i en række nanomaterialeteknologier.

"Ingen har nogensinde været i stand til at kontrollere partikler på denne måde før, så denne opdagelse er meget spændende på tværs af en bred vifte af nanopartikel-baserede materialeteknologier, " siger Bockstaller. De nye resultater markerer et vigtigt springbræt til at forbedre effektiviteten af ​​teknologier såsom sensorer og solpaneler. Fordi disse teknologier er afhængige af organiseringen af ​​partikler til at udbrede lys og varme, denne nye opdagelse har potentialet til dramatisk at ændre den måde, materialerne fungerer på i fremtiden. For eksempel, Bockstaller forklarer, at bedre kontrol over organiseringen af ​​fluorescerende partikler kaldet kvantematerialer kan resultere i lysere og mere energieffektive tv- og smartphone-skærme.

Bevæger sig fremad, forskerholdet har planer om at udforske organiseringen af ​​nye nanopartikelsystemer, herunder kvanteprikmaterialer. Holdet, som omfatter Carnegie Mellon University kemiprofessor Krzysztof Matyjaszewski, håber også at udvide niveauet af sofistikeret yderligere til at kontrollere morfologien og egenskaberne af nanopartikelkonstruktioner.

"Denne grundlæggende forskning åbner døren til at prøve et helt nyt sæt ideer inden for nanopartikelbaserede materialer, fra fotoniske til selvlysende materialer. Forestil dig, hvis vi var i stand til dynamisk at ændre disse materialers egenskaber på definerede måder, " siger Bockstaller. "Med vores forståelse af, hvordan man organiserer partikler, vi håber at gøre dette muligt i fremtiden."

For mere information, se Videnskabens fremskridt artikel:"Polymerligand-induceret autonom sortering og reversibel faseseparation i binære partikelblandinger."