Cercetătorii folosesc conectori flexibili pentru a crea materiale noi din nanoparticule
O echipă de cercetători, inclusiv specialiști de la MIT, a dezvoltat o metodă reglabilă de a folosi molecule conectorare superflexibile pentru a controla modul în care nanoparticulele se asamblează în rețele. Rezultatele, publicate în Nature Materials, arată cum flexibilitatea conectorilor și sarcinile electrice pot fi folosite pentru a ajusta structura rețelei și pentru a crea noi tipuri de materiale pe bază de nanoparticule, cu potențial în fotoniceă, cataliză chimică, medicină și agricultură.
Materialele cu performanțe superioare depind de controlul structurii la cea mai mică scară. Nanoparticulele sunt blocuri de construcție atractive datorită formelor și dimensiunilor personalizabile, dar transformarea lor în materiale utile a fost îngreunată de dificultatea de a controla numărul și direcția legăturilor dintre particule. Încercările anterioare de a schimba forma particulelor sau de a alinia rigid lanțurile conectorare au limitat structurile posibile și au fost greu de scalat.
Noua abordare merge în direcția opusă: în loc să impună o direcție fixă a legăturilor, cercetătorii au folosit liganzi polimerici flexibili cu capete încărcate electric, unele pozitive și altele negative. Capetele opuse se atrag, iar ligandul se îndoaie pentru a se conecta, reorganizându-se spontan astfel încât să maximizeze stabilitatea legăturilor. Această reorganizare limitează în mod natural numărul de vecini pe care o particulă îi poate lega.
În experimentele conduse de Nicholas Sbalbi, cercetătorii au arătat că pot controla conexiunile modificând dimensiunea nanoparticulelor și lungimea lanțurilor de liganzi. De asemenea, au folosit tehnica pentru a asambla nanoparticulele în structuri cristaline care nu fuseseră observate până acum.
„Fără să proiectăm dinainte unde se conectează particulele sau care le sunt formele, putem controla numărul de legături pe care le are fiecare particulă”, a explicat Rob Macfarlane, profesor de metalurgie în cadrul Departamentului de Știința și Ingineria Materialelor de la MIT. „Cantitatea de flexibilitate a polimerului dictează câte legături are. Ne permite să reducem numărul de legături ale fiecărei particule și să realizăm rețele pe care nu le-am mai văzut niciodată.”
Macfarlane a subliniat că rezultatul este contraintuitiv față de concepția dominantă în domeniu. „Este exact opusul a ceea ce a fost dogma timp de 20 de ani: că trebuie să faci liganzii conectori rigizi, iar orice abatere provoacă eșecul asamblării. Am arătat că, dacă împingi totul la extrema opusă, funcționează la fel de bine.”
Cercetătorii consideră că abordarea deschide o cale nouă pentru crearea de structuri de materiale personalizabile la scară. „Superlaticile de nanoparticule oferă o modalitate de a crea materiale proiectate, în care blocurile de construcție au tot felul de proprietăți unice”, a spus Macfarlane. „Dar simpla împachetare densă a acestor nanoparticule limitează aplicațiile. Această metodă oferă o cale de a obține formațiuni mai puțin dense de nanoparticule, iar acolo se află multe dintre aplicațiile interesante.”
Din echipa de cercetare au făcut parte, alături de Macfarlane, Nicholas Sbalbi, Stephen Kronenberger, Hana Shinzawa, Matthew Ye și Arthi Jayaraman.
