Výzkumníci z Massachusetts Institute of Technology a University of Delaware navrhli nový způsob, jak řídit skládání nanočástic do pravidelných struktur. Namísto dosud běžného používání tuhých molekulárních spojek využili řetězce, které se mohou výrazně ohýbat a přizpůsobovat okolí. Pokusy vedly ke vzniku dosud nepozorovaných krystalických uspořádání nanočástic, takzvaných supermřížek.
Výsledky popisuje studie nazvaná Breaking Symmetry in Nanoparticle Superlattices via Spontaneous Valency, zveřejněná v časopise Nature Materials. Na práci se podíleli Nicholas Sbalbi, Stephen Kronenberger, Hana Shinzawa, Matthew Ye, Arthi Jayaraman a Robert J. Macfarlane z MIT. Výzkum podle autorů ukazuje, že flexibilita molekul nemusí být překážkou přesného uspořádání materiálu, ale naopak nástrojem, který umožní vytvářet nové struktury.
Namísto pevně daných vazeb spontánní přizpůsobení
Nanočástice mají rozměry řádově v nanometrech, tedy miliardtinách metru. Jejich vlastnosti lze využít například v elektronice, energetice, medicíně nebo senzorech. Obtížné však bývá spojit velké množství těchto částic do většího materiálu tak, aby měly požadované uspořádání. Částice mají tendenci skládat se těsně vedle sebe a vytvářet omezený počet běžných struktur.
Dosavadní postupy se snažily tento problém řešit změnou tvaru nanočástic nebo přesným rozmístěním míst, k nimž se mohou připojit sousední částice. Molekulární spojky na jejich povrchu, označované jako ligandy, proto vědci často navrhovali jako tuhé. Měly držet vazby v předem určených směrech. Podle MIT tento přístup ovlivňoval výzkum nanočásticových supermřížek přibližně dvě desetiletí.
Nová metoda princip obrací. Nanočástice nesly pružné polymerní řetězce s elektricky nabitými konci. Některé konce byly kladně a jiné záporně nabité, takže se přitahovaly. Řetězce se při přibližování částic ohýbaly a samy hledaly energeticky výhodné uspořádání. Počet sousedů, s nimiž se jednotlivá nanočástice spojila, tak nevycházel z předem pevně určených směrů, ale ze společného působení pružnosti řetězců, elektrických nábojů a velikosti částic.
V experimentech vedených Sbalbim vědci měnili především velikost nanočástic a délku polymerních řetězců. Tím dokázali ovlivnit počet vazeb mezi částicemi a vytvořit otevřenější, méně hustě uspořádané sítě. Právě tyto struktury se podle autorů lišily od dosud běžně pozorovaných krystalických uspořádání.
Možnosti pro další materiály
Výzkum zatím nepředstavuje hotovou technologii pro elektroniku, medicínu nebo energetiku. Ukazuje ale nový způsob, jak oddělit vlastnosti samotných nanočástic od výsledné struktury materiálu. V budoucnu by to mohlo usnadnit návrh materiálů s přesněji nastavenými optickými, elektrickými nebo chemickými vlastnostmi. Autoři zároveň uvádějí, že další práce bude nutná k ověření, nakolik lze tento přístup využít ve větším měřítku a mimo laboratorní podmínky.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.