Forskere udvikler nanomaterialer ved hjælp af en bottom-up tilgang

Forskere fra Friedrich Schiller Universitet Jena og Friedrich Alexander Universitet Erlangen-Nürnberg, begge Tyskland, har med succes udviklet nanomaterialer ved hjælp af en såkaldt bottom-up tilgang. Som rapporteret i tidsskriftet ACS Nano , udnytter de det faktum, at krystaller ofte vokser i en bestemt retning under krystallisation. Disse resulterende nanostrukturer kunne bruges i forskellige teknologiske anvendelser.

"Vores strukturer kan beskrives som ormelignende stænger med dekorationer," forklarer prof. Felix Schacher. "Indlejret i disse stænger er sfæriske nanopartikler; i vores tilfælde var dette silica. Men i stedet for silica kunne ledende nanopartikler eller halvledere også bruges - eller endda blandinger, som selektivt kan fordeles i nanokrystallerne ved hjælp af vores metode," han tilføjer. Derfor er rækken af ​​mulige anvendelser inden for videnskab og teknologi bred, der spænder fra informationsbehandling til katalyse.

Forståelse og styring af dannelsesprocessen

"Det primære fokus for dette arbejde var at forstå fremstillingsmetoden som sådan," forklarer kemikeren. For at producere nanostrukturer, uddyber han, er der to forskellige tilgange:Større partikler males ned til nanometerstørrelse, eller strukturerne er bygget op af mindre komponenter.

"Vi ønskede at forstå og kontrollere denne opbygningsproces," beskriver Schacher. Til dette brugte holdet individuelle siliciumdioxidpartikler, kendt som silica, og podede kædelignende polymermolekyler som en slags skal.

"Man kunne forestille sig det som hår på en kugle," forklarer videnskabsmanden. Han tilføjer:"Disse hår er lavet af et materiale kaldet 'poly-(isopropyl-oxazolin).' Dette stof krystalliserer, når det opvarmes. Og det er ideen med vores metode:krystaller vokser næsten aldrig i alle retninger samtidigt, men foretrækker en bestemt retning

Under denne proces opdagede holdet et spændende fænomen. "For at polymeren kan krystallisere kræver det små mængder, som ikke er bundet til en partikeloverflade, men som er frit til stede i reaktionsopløsningen, og fungerer som en slags lim. Vi fandt ud af, at de nødvendige mængder er så små, at de knap kan spores. . Men de er nødvendige," tilføjer han.

Schacher er særligt begejstret for det unikke samarbejde, der gjorde denne forskning mulig. "Uden det fremragende samarbejde med prof. Michael Engel fra universitetet i Erlangen, ville dette arbejde ikke være blevet gennemført," understreger videnskabsmanden fra Jena.

"Ved hjælp af computersimuleringer, der skildrede adfærd på tværs af flere skalaer, var vi i stand til på en indviklet måde at løse de komplekse molekylære processer, der ligger til grund for dannelsen af ​​nanostrukturerne. Dette var en spændende udfordring," tilføjer Engel.

Begge videnskabsmænd konkluderer, "Vi havde mulighed for at deltage sammen i et program fra Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) ved University of California i Santa Barbara tidligere på året. Under denne workshop skrev vi i fællesskab dette manuskript. De underliggende eksperimenter var naturligvis blevet gennemført på forhånd – delvist inden for rammerne af det fælles forskningscenter TRR 234 'CataLight' finansieret af den tyske forskningsfond Men den inspirerende atmosfære på workshoppen gav os det nødvendige momentum til at fuldføre arbejdet."

Flere oplysninger: Afshin Nabiyan et al., Self-Assembly of Core-Shell Hybrid Nanoptics by Directional Crystallization of Grafted Polymers, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05461

Journaloplysninger: ACS Nano

Leveret af Friedrich-Schiller-Universität Jena