(PhysOrg.com) -- Het lijkt misschien voor de hand liggend dat het dompelen van relatief bolvormige objecten in een saus - bosbessen in gesmolten chocolade, zeg - zal resulteren in een reeks volledig ingekapselde bessen.

Op basis van dat concept, fabrikanten van sferische nanodeeltjes hebben hun waren op dezelfde manier ondergedompeld in beschermende coatings in de overtuiging dat dergelijke inkapselingen klontering en ongewenste chemische interacties met oplosmiddelen zouden voorkomen.

Helaas, reacties in de nanowereld zijn geen logische uitbreidingen van de macrowereld, Sandia National Laboratories onderzoekers Matthew Lane en Gary Grest hebben gevonden.

In een omslagartikel afgelopen zomer in Fysieke beoordelingsbrieven , de onderzoekers gebruiken moleculaire dynamica-simulaties om aan te tonen dat eenvoudige coatings niet in staat zijn om elk bolvormig nanodeeltje in een set volledig te bedekken.

In plaats daarvan, omdat de diameter van een deeltje kleiner kan zijn dan de dikte van de coating die het beschermt, de kromming van het deeltjesoppervlak, aangezien het snel wegvalt van de aangehechte coating, veroorzaakt de vorming van een reeks lamellen in plaats van een stevige beschermende wand (zie afbeelding).

“We weten al een tijdje dat nanodeeltjes bijzonder zijn, en dat ‘klein is anders, ’, zei Laan. “Wat we hebben laten zien is dat deze algemene regel voor nanotechnologie van toepassing is op hoe we deeltjes coaten, ook.”

Carlos Gutiérrez, manager van de afdeling Surfaces and Interface Sciences van Sandia, zei, “Het is bekend dat de aggregatie van nanodeeltjes in suspensie momenteel een obstakel vormt voor hun commerciële en industriële gebruik. De simulaties laten zien dat zelfs coatings die volledig en uniform op bolvormige nanodeeltjes zijn aangebracht, aanzienlijk worden vervormd op het waterdamp-interface.

zei Greet, "Je wilt geen aggregatie omdat je wilt dat de deeltjes door het product worden verdeeld om uniformiteit te bereiken. Als je deeltjes hebt van, zeggen, micron-formaat, je moet ze coaten of elektrisch opladen zodat de deeltjes niet aan elkaar plakken. Maar wanneer deeltjes klein worden en de coatings qua grootte vergelijkbaar worden met de deeltjes, de vormen die ze vormen zijn asymmetrisch in plaats van bolvormig. Bolvormige deeltjes houden afstand; asymmetrische deeltjes kunnen aan elkaar kleven.”

De bevinding van de simulatie is niet noodzakelijk een slechte zaak, om deze reden:hoewel elk deeltje asymmetrisch is gecoat, de asymmetrie is consistent voor een bepaalde set. Anders gezegd, alle gecoate nanoscopische sets zijn op hun eigen manier asymmetrisch.

Een voorspelbare, identieke variatie die in elk lid van een nanoset voorkomt, zou deuren kunnen openen naar nieuwe toepassingen.

"Wat we hier hebben gedaan, is een groot 'doodlopend'-bord plaatsen om te voorkomen dat onderzoekers tijd verspillen door het verkeerde pad in te slaan, ' zei Laan. "Het verhogen van de oppervlaktedichtheid van de coating of de lengte van de moleculaire keten zal vlekkerige coatings niet verbeteren, zoals het zou zijn voor grotere deeltjes. Maar er zijn talloze andere mogelijke paden naar nieuwe uitkomsten als je de vorm van de aggregatie kunt bepalen.”