Ny plan for forståelse, forudsige og optimere komplekse nanopartikler

Northwestern University forskere har udviklet en plan for at forstå og forudsige komplekse nanopartiklers egenskaber og adfærd og optimere deres anvendelse til en bred vifte af videnskabelige anvendelser. Disse omfatter katalyse, optoelektronik, transistorer, bio-billeddannelse, og energilagring og omdannelse.

Nylige forskningsresultater har med succes aktiveret syntesen, eller skabelse, af en lang række polyelementære nanopartikler - strukturer med så mange som otte forskellige elementer. Imidlertid, der er stadig en begrænset forståelse af, hvordan arrangementet af faser i disse strukturer påvirker deres egenskaber, og hvordan specifikke grænseflader (den fælles overflade mellem bundne strukturer, kaldet heterostrukturer) kan designes og syntetiseres optimalt.

"Da det kombinatoriske rum af blandinger er næsten uendeligt, med milliarder af muligheder, forudsige og forstå, hvordan specifikke klasser af grænseflader kan etableres i en enkelt partikel, er afgørende for at designe nye og funktionelle nanostrukturer og, ultimativt, optimering af deres egenskaber til forskellige videnskabelige anvendelser, "sagde Chad A. Mirkin, George B. Rathmann professor i kemi ved Weinberg College of Arts and Sciences og direktør for International Institute for Nanotechnology i Northwestern, der ledede forskningen.

I undersøgelsen, forskerne brugte scanning probe blok copolymer litografi (SPBCL), opfundet og udviklet i Northwestern af Mirkin, at konstruere et nyt bibliotek af polyelementære heterostrukturerede nanopartikler indeholdende op til syv forskellige metaller.

Forskningen vil blive offentliggjort i tidsskriftets 1. marts-udgave Videnskab .

"Vi brugte beregningsværktøjer, såsom tæthedsfunktionel teori, at beregne grænsefladeenergier mellem faser, samt overfladeenergier, og kombinerede disse til en samlet nanopartikelenergi, " sagde Chris Wolverton, Jerome B. Cohen professor i materialevidenskab og teknik i Northwesterns McCormick School of Engineering. "Det, vi fandt ud af, er, at observerede morfologier minimerede beregnede energier. Som et resultat, vi har nu et værktøj til at forudsige og forstå disse typer fasearrangementer i nanopartikler."

Wolverton er medforfatter af undersøgelsen.

"Vores bidrag muliggør syntese af adskillige typer grænseflader, at tilbyde en stor legeplads til at udforske deres egenskaber og fænomener – såsom nye katalysatorer og lysemitterende nanostrukturer – til nyttige formål, " sagde medforfatter Vinayak Dravid. Han er Abraham Harris professor i materialevidenskab og teknik og direktør for Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) på Northwestern.