(PhysOrg.com) -- Het gedrag van nanodeeltjes beheersen kan net zo moeilijk zijn om een ​​groep tieners in de war te brengen. Echter, een nieuwe studie waarbij het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie is betrokken, heeft wetenschappers inzicht gegeven in hoe het aanpassen van de aantrekkelijke elektronische eigenschappen van een nanodeeltje kan leiden tot het creëren van geordende uniforme 'supradeeltjes'.

"Er is een delicaat evenwicht dat je moet zoeken, ” zei Argonne-fysicus Byeongdu Lee, die de karakterisering van de supradeeltjes leidde met behulp van hoogenergetische röntgenstralen geleverd door Argonne's Advanced Photon Source. “Als de aantrekkingskracht van Van der Waals te sterk is, alle nanodeeltjes zullen tegelijk in elkaar vallen, en je zult eindigen met een lelijke, ongeordend glas. Maar als de afstotende Coulomb-kracht te sterk is, ze zullen nooit samenkomen in de eerste plaats.

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan en China werkten ook mee aan het onderzoek.

Dit probleem van het proberen om het juiste soort evenwicht te bereiken, heeft een heel gebied van colloïdaal onderzoek ondersteund, volgens Leen. Maar zelfs als het juiste evenwicht wordt gevonden om het langzame, gestage groei van een supradeeltje, tot nu toe hadden onderzoekers nog heel weinig manier om de grootte van het deeltje dat zou groeien te beheersen. “Als je de aantrekkende kracht net iets sterker zou kunnen maken dan de afstotende kracht, je zou de groei van een kristal zien, maar je zou niet kunnen dicteren hoe groot het groeide, ' zei hij.

Het onderzoek van Argonne richtte zich op het vinden van een manier waarop een supradeeltje automatisch zijn eigen groei kan stoppen. Een dergelijke toestand zou alleen kunnen optreden als de netto aantrekkingskracht van de nanodeeltjes naar de binnenkant van het supradeeltje groter was dan die van de netto aantrekkingskracht van de nanodeeltjes die de rand van het supradeeltje vormden - een zogenaamde "core-shell-morfologie". ”

Hoewel in eerder onderzoek kern-schil-morfologieën waren waargenomen, die eerdere studies hadden zich geconcentreerd op de soorten supradeeltjes die worden gecreëerd door "monodisperse" nanodeeltjes - degenen die, zoals knikkers, een gemeenschappelijke grootte en vorm zou delen. "Het is gemakkelijker om individuen in grotere groepen te laten clusteren als ze kenmerken gemeen hebben dan als ze dat niet hebben, ' zei Leen. "Het is op die manier net als de middelbare school."

In plaats van vast te houden aan monodispersiteit, echter, het Argonne-onderzoek concentreerde zich in plaats daarvan op "polydisperse" nanodeeltjes - die met een grote verscheidenheid aan groottes, massa, en configuraties. “Het voordeel van onze techniek is dat er geen monodispersiteit meer nodig is. Je kunt twee verschillende componenten mengen – zoals een metaal en een halfgeleider – en toch dezelfde soort gecontroleerde zelfbeperkende assemblage zien.”

Hoewel het onderzoek naar supradeeltjes geboren uit polydisperse verzamelingen van nanodeeltjes nog in de kinderschoenen staat, Lee en zijn collega's zijn van mening dat de methodologie zijn weg kan vinden naar een aantal verschillende toepassingen, misschien variërend van optica tot medicijnafgifte tot fotovoltaïsche energie. “Als je in de nanotechnologie werkt, we moeten ons afvragen 'kunnen we dit?' voordat we echt weten waarvoor onze ontdekking nuttig zal zijn, ’ legde Leen uit. "We hopen dat verder onderzoek nieuwe ontdekkingen zal openen die we nog niet eens hebben bedacht."

Een artikel op basis van het onderzoek verschijnt in het septembernummer van 2011 Natuur Nanotechnologie .