Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

Geschichtete Flüssigkeiten ordnen Nanopartikel in nützliche Konfigurationen

Der theoretische Ansatz für die Herstellung von Nanopartikeln basiert auf einer Idee, die der von getrennten Vinaigrettes ähnelt

28.03.2019

Gaurav Arya, Duke University

Forscher haben einen neuen "Öl und Essig"-Ansatz zur Bildung von Nanopartikelstrukturen entwickelt. In diesem konzeptuellen Modell stoßen sich grüne und blaue Elemente gegenseitig ab. Dadurch entsteht nicht nur eine Grenzschicht, in der sich die Partikel versammeln, sondern die Forscher können auch Moleküle an einzelne Nanopartikel anbringen, um sie mehr oder weniger von einer einzelnen Schicht abstoßen zu lassen. Dieser Ansatz wird in der Mitte des Bildes dargestellt, während die resultierenden Strukturen aus verschiedenen Winkeln oben und unten zu sehen sind.

Materialwissenschaftler der Duke University haben einen neuen "Öl-Essig"-Ansatz für die Entwicklung von selbst zusammengesetzten Materialien ungewöhnlicher Architekturen aus sphärischen Nanopartikeln entwickelt. Die daraus resultierenden Strukturen könnten sich für Anwendungen in der Optik, Plasmaphysik, Elektronik und mehrstufigen chemischen Katalyse als nützlich erweisen.

Ein System von suspendierten kugelförmigen Nanopartikeln, die sich verklumpen lassen, wird versuchen, seine Kontaktpunkte zu maximieren, indem es sich so eng wie möglich packt. Dabei entstehen entweder zufällige Cluster oder eine dreidimensionale, kristalline Struktur.

Aber Materialwissenschaftler wollen oft offenere Strukturen mit niedrigeren Dimensionen wie Schnüre oder Bleche bauen, um bestimmte Phänomene zu nutzen, die in den Räumen zwischen verschiedenen Arten von Partikeln auftreten können. Und sie sind immer auf der Suche nach cleveren Möglichkeiten, die Größen und Platzierungen dieser Räume und Partikel präzise zu steuern.

In der neuen Studie schlägt Gaurav Arya, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Materialwissenschaft an der Duke University, eine Methode vor, die die Schichten von Flüssigkeiten nutzt, die sich wie bei einer Flasche Vinaigrette, die zu lange im Regal stehen gelassen wurde, weigern, sich zu vermischen.

Wenn kugelförmige Nanopartikel in ein solches System eingebracht werden, neigen sie dazu, eine einzige Schicht an der Grenzfläche der gegenüberliegenden Flüssigkeiten zu bilden. Aber sie müssen nicht dort bleiben. Indem man "Öl-" oder "Essig"-Moleküle an die Oberflächen der Partikel anbringt, können Forscher sie mehr auf der einen Seite der Trennlinie schweben lassen als auf der anderen.

"Die Partikel wollen ihre Kontaktzahl maximieren und voluminöse Strukturen bilden, aber gleichzeitig versucht die Grenzfläche der verschiedenen Flüssigkeiten, sie in zwei Schichten zu zwingen", sagt Arya. "Du hast also einen Wettbewerb der Kräfte, und du kannst das nutzen, um verschiedene Arten von einzigartigen und interessanten Strukturen zu bilden."

Aryas Idee ist es, die Menge, mit der jedes kugelförmige Nanopartikel von der einen oder anderen Flüssigkeit abgestoßen wird, präzise zu steuern. Und nach seinen Berechnungen können Materialwissenschaftler durch die Veränderung dieser Eigenschaft zusammen mit anderen, wie z.B. der Zusammensetzung und Größe der Nanopartikel, alle möglichen interessanten Formen erzeugen, von spindelförmigen molekülartigen Strukturen bis hin zu Zickzackstrukturen, bei denen sich nur zwei Nanopartikel gleichzeitig berühren. Man könnte sich sogar vorstellen, dass mehrere verschiedene Schichten zusammenarbeiten, um ein System von Nanopartikeln aufzubauen.

Im Proof-of-Concept-Papier könnten die Nanopartikel aus allem gemacht werden. Gold oder Halbleiter könnten für plasmonische und elektrische Geräte nützlich sein, während andere metallische Elemente verschiedene chemische Reaktionen katalysieren könnten. Die gegenüberliegenden Substrate, die die Grenzfläche bilden, sind nach verschiedenen Arten von Polymeren modelliert, die auch in solchen Anwendungen eingesetzt werden können.

"Bisher haben wir in diesem Papier nur den Montageansatz vorgestellt und sein Potenzial demonstriert, diese exotischen Arrangements zu schaffen, die man normalerweise nicht bekommt", sagte Arya. "Es gibt noch so viele weitere Dinge zu tun. Zum einen möchten wir das gesamte Repertoire möglicher Strukturen und Phasen erforschen, die Forscher mit diesem Konzept machen könnten. Wir arbeiten auch eng mit Experimentatoren zusammen, um die volle Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes zu testen."

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Mehr über Duke University
  • News

    Ungeordnete Materialien sind möglicherweise die härtesten, hitzebeständigsten Carbide

    Materialwissenschaftler der Duke University und der UC San Diego haben eine neue Klasse von Carbiden entdeckt, die voraussichtlich zu den härtesten Materialien mit den höchsten Schmelzpunkten gehören wird. Hergestellt aus preiswerten Metallen, könnten die neuen Materialien bald in einer Vie ... mehr

    Licht ohne Streuverluste um enge Kurven bringen

    Ingenieure der Duke University haben ein Gerät vorgestellt, das Photonen des Lichts praktisch ohne Verluste durch Rückstreuung um scharfe Ecken lenken kann, eine Schlüsseleigenschaft, die notwendig ist, wenn Elektronik jemals durch lichtbasierte Geräte ersetzt werden soll.Das Ergebnis wurde ... mehr

    3D-gedruckte Lithium-Ionen-Batterien

    Elektrofahrzeuge und die meisten elektronischen Geräte, wie Handys und Laptops, werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben. Bisher mussten die Hersteller ihre Geräte an die Größe und Form handelsüblicher Batterien anpassen. Aber die Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um Lithium- ... mehr

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.