Investigadores de la Universidad de Brown han ensamblado superestructuras complejas a macroescala a partir de bloques de construcción de nanopartículas en forma de pirámide. La investigación, descrita en la revista Naturaleza , demuestra una nueva y prometedora forma de llevar las propiedades útiles de las nanopartículas a los materiales y dispositivos de macroescala.
"Ha habido mucha investigación para hacer superestructuras a partir de nanopartículas esféricas, pero mucho menos con bloques de construcción tetraédricos", dijo Ou Chen, profesor asistente de química en Brown y autor principal del estudio. "Tetrahedra abre la posibilidad de hacerestructuras mucho más complejas, y la superestructura 3D que demostramos aquí es una de las más complejas jamás ensambladas a partir de componentes de nanopartículas individuales ".
El grupo de investigación de Chen desarrolló los bloques de construcción utilizados en el estudio hace un año. Las partículas son puntos cuánticos: semiconductores a nanoescala que pueden absorber y emitir luz. Su forma tetraédrica similar a una pirámide tiene importantes ventajas sobre las esferas, dice Chen,cuando se usan para construir estructuras más grandes. El tetraedro puede empaquetarse con menos espacio vacío que las esferas, haciendo que las estructuras sean potencialmente más robustas. Además, las partículas utilizadas en el estudio son anisotrópicas, lo que significa que tienen diferentes propiedades dependiendo de su orientación entre síLas esferas, por otro lado, son las mismas en todas las direcciones.
En el caso de los puntos cuánticos tetraédricos, se generó anisotropía tratando una cara plana, o faceta, de cada pirámide con un ligando diferente un agente de enlace químico que las otras facetas.
"Los ligandos ayudan a dirigir el proceso de contacto que ocurre cuando dos partículas se juntan cara a cara", dijo Yasutaka Nagaoka, un investigador postdoctoral en el grupo de Chen y el principal contribuyente al proyecto. "En este caso, las facetas con ligandos similares se atraen,que ofrece un grado de control sobre cómo se organizan las partículas ".
Eso contrasta con las esferas isotrópicas, que se organizan al azar.
"La anisotropía se suma a la complejidad de las superestructuras que podemos hacer en comparación con el uso de esferas isotrópicas", dijo Chen. "También nos da algo de poder para controlar la alineación atómica de las partículas en los supercristales, lo que podría dar lugar a propiedades interesantes. Por ejemplo, puede predecir que la alineación dará lugar a mejores propiedades electrónicas porque los electrones saltan más fácilmente a través de la red de la superestructura ".
Para su estudio, Chen y sus colegas disolvieron sus puntos cuánticos tetraédricos en solución, luego permitieron que las partículas se unieran en tres tipos diferentes de superestructuras: hebras unidimensionales, celosías de cristal bidimensionales y supercristales tridimensionales.
Los supercristales 3D fueron particularmente interesantes, dice Chen, debido a su complejidad y la forma interesante en que se formaron. Las nanopartículas individuales primero formaron grupos en forma de bola de 36 partículas cada uno. Esos grupos luego formaron las superestructuras más grandes. Cuando los investigadorescaracterizaron la estructura en detalle utilizando la dispersión de rayos X, descubrieron que la estructura atómica de la red estaba realmente alineada, como habían esperado.
Ahora que han mostrado un método para formar las estructuras, el siguiente paso es interrogar sus propiedades.
"Los bloques de construcción de puntos cuánticos son interesantes por sí mismos", dijo Chen. "Tienen una dinámica fotónica interesante, que puede traducirse en interesantes propiedades ópticas en las superestructuras".
"Necesitamos entender cómo ensamblar estas estructuras más grandes y complejas", dijo. "Creo que será un puente que traerá dinámicas de nanoescala a la macroescala y permitirá nuevos tipos de metamateriales y dispositivos".
Los coautores adicionales del artículo fueron Rui Tan, Ruipeng Li, Hua Zhu, Dennis Eggert, Yimin Wu, Yuzi Liu y Zhongwu Wang. El trabajo fue apoyado por el Fondo de Investigación Salomon de la Universidad de Brown, el Instituto de Innovación Molecular y Nanoescala de Brown.IMNI y la National Science Foundation DMR-1332208.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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