Los científicos de materiales de la Universidad de Duke han teorizado un nuevo enfoque de "aceite y vinagre" para diseñar materiales de autoensamblaje de arquitecturas inusuales hechas de nanopartículas esféricas. Las estructuras resultantes podrían resultar útiles para aplicaciones en óptica, plasmónica, electrónica y multi-catálisis química en etapas.
El enfoque novedoso apareció en línea el 25 de marzo en la revista ACS Nano .
Dejado a sus propias tendencias, un sistema de nanopartículas esféricas suspendidas diseñadas para agruparse tratará de maximizar sus puntos de contacto al empaquetarse lo más apretado posible. Esto da como resultado la formación de grupos aleatorios o un cristal tridimensional cristalinoestructura.
Pero los científicos de materiales a menudo quieren construir estructuras más abiertas de dimensiones más bajas, como cuerdas u hojas, para aprovechar ciertos fenómenos que pueden ocurrir en los espacios entre diferentes tipos de partículas. Y siempre están en busca de inteligenciaformas de controlar con precisión los tamaños y las ubicaciones de esos espacios y partículas.
En el nuevo estudio, Gaurav Arya, profesor asociado de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke, propone un método que aprovecha las capas formadas por líquidos que, como una botella de vinagreta que se deja en el estante durante demasiado tiempo, se niega amezclar todo junto.
Cuando las nanopartículas esféricas se colocan en dicho sistema, tienden a formar una sola capa en la interfaz de los líquidos opuestos. Pero no tienen que permanecer allí. Al unir moléculas de "aceite" o "vinagre" a las partículas'superficies, los investigadores pueden hacer que floten más en un lado de la línea divisoria que en el otro.
"Las partículas quieren maximizar su número de contactos y formar estructuras a granel, pero al mismo tiempo, la interfaz de los diferentes líquidos está tratando de forzarlos en dos capas", dijo Arya. "Así que tienes una competenciade fuerzas, y puedes usar eso para formar diferentes tipos de estructuras únicas e interesantes "
La idea de Arya es controlar con precisión la cantidad que cada nanopartícula esférica es repelida por un líquido u otro. Y de acuerdo con sus cálculos, al alterar esta propiedad junto con otras como la composición y el tamaño de las nanopartículas, los científicos pueden fabricar todotipos de formas interesantes, desde estructuras en forma de molécula delgadas hasta estructuras en zig-zag donde solo dos nanopartículas se tocan a la vez. Incluso podría imaginarse varias capas diferentes trabajando juntas para organizar un sistema de nanopartículas.
En el documento de prueba de concepto, las nanopartículas podrían estar hechas de cualquier cosa. El oro o los semiconductores podrían ser útiles para dispositivos plasmónicos y eléctricos, mientras que otros elementos metálicos podrían catalizar diversas reacciones químicas. Los sustratos opuestos que forman la interfaz,mientras tanto, están modelados a partir de varios tipos de polímeros que también podrían usarse en tales aplicaciones.
"Hasta ahora en este documento, solo hemos introducido el enfoque de ensamblaje y demostrado su potencial para crear estos arreglos exóticos que normalmente no se obtendrían", dijo Arya. "Hay muchas más cosas que hacer a continuación. Por un lado, nos gustaría explorar el repertorio completo de posibles estructuras y fases que los investigadores podrían hacer utilizando este concepto. También estamos trabajando en estrecha colaboración con los experimentadores para probar todas las capacidades de este enfoque ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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