(PhysOrg.com) -- Een delicate balans van atomaire krachten kan worden benut om nanodeeltjes-superclusters te maken die uniform zijn in grootte --- een eigenschap die belangrijk is voor veel nanotech-toepassingen, maar moeilijk te bereiken is, Dat zeggen onderzoekers van de Universiteit van Michigan.

Dezelfde soort krachten zijn aan het werk die de bouwstenen van virussen samenbrengen, en de anorganische superclusterstructuren in dit onderzoek lijken in veel opzichten op virussen.

U-M professoren chemische technologie Nicholas Kotov en Sharon Glotzer leidden het onderzoek. De bevindingen zijn onlangs online gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .

In een ander geval van krachten die zich op nanoschaal op onverwachte manieren gedragen, ontdekten ze dat als je begint met kleine bouwstenen op nanoschaal die voldoende gevarieerd zijn in grootte, de elektrostatische afstotingskracht en de van der Waals-aantrekkingskracht zullen elkaar in evenwicht houden en de groei van de clusters beperken. Dit evenwicht maakt de vorming van clusters mogelijk die uniform van grootte zijn.

"De doorbraak hier is dat we een generiek mechanisme hebben ontdekt dat ervoor zorgt dat deze nanodeeltjes zich assembleren tot bijna perfecte structuren, Glotzer zei. "De fysica die we zien is niet speciaal voor dit systeem, en kan worden uitgebuit met andere materialen. Nu we weten hoe het werkt, we kunnen nieuwe bouwstenen ontwerpen die op dezelfde manier in elkaar worden gezet."

De anorganische superclusters --- technisch "supradeeltjes" genoemd --- die de onderzoekers creëerden uit rood, poedervormig cadmiumselenide zijn geen kunstmatige virussen. Maar ze delen veel eigenschappen met de eenvoudigste levensvormen, inclusief maat, vorm, kern-schaalstructuur en de mogelijkheid om zowel te assembleren als te demonteren, zei Kotov.

"Het hebben van deze functionaliteiten in een volledig anorganisch systeem is vrij opmerkelijk, " Kotov zei. "Er is het potentieel om ze te combineren met de gunstige eigenschappen van anorganische materialen zoals milieubestendigheid, lichtadsorptie en elektrische geleidbaarheid."

Zhiyong Tang, een samenwerkende professor aan het National Center of Nanoscience and Technology in China, zei, "Het is ook erg indrukwekkend dat dergelijke supradeeltjes verder kunnen worden gebruikt als bouwstenen om driedimensionale geordende assemblages te fabriceren. Dit secundaire zelfassemblagegedrag biedt een haalbare manier om grootschalige nanostructuren te verkrijgen die belangrijk zijn voor praktische toepassing."

Kotov werkt momenteel aan het "kweken" van deze supradeeltjes om synthetische brandstoffen te produceren uit koolstofdioxide. Het werk heeft ook toepassingen in medicijnafgifte en zonnecelonderzoek en het zou de productiekosten van grote hoeveelheden supradeeltjes drastisch kunnen verlagen.

"Door de zelfassemblageprocessen na te bootsen die levende organismen laten groeien en genezen, we kunnen de productie van veel bruikbare nanogestructureerde systemen van halfgeleiders en metalen zo vereenvoudigen dat ze in elk laboratorium van een middelbare school kunnen worden gemaakt, ' zei Kotov.