(Phys.org) — Stel je een computerchip voor die zichzelf in elkaar kan zetten. Volgens Eric M. Furst, hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering aan de Universiteit van Delaware, ingenieurs en wetenschappers zijn dichter bij het realiseren van deze en andere schaalbare vormen van nanotechnologie dankzij nieuwe mijlpalen in het gebruik van nanodeeltjes als bouwstenen in functionele materialen.

Furst en zijn postdoctorale onderzoekers, James Swan en Paula Vasquez, samen met collega's bij NASA, het Europees Ruimteagentschap, Zin Technologies en Lehigh University, meldde de bevinding op 17 september in een artikel in de Proceedings van de National Academies of Science ( PNAS ) online editie.

Getiteld "Multi-schaal kinetiek van een veldgerichte colloïdale faseovergang, " het artikel beschrijft hoe de verkenning van colloïden door het onderzoeksteam, microscopisch kleine deeltjes die slechts honderdsten van de diameter van een mensenhaar zijn, om beter te begrijpen hoe nano-"bouwstenen" kunnen worden gericht om "zelf-assembleren" tot specifieke structuren.

Het onderzoeksteam bestudeerde paramagnetische colloïden terwijl ze periodiek met verschillende tussenpozen een extern magnetisch veld aanbrachten. Met precies de juiste frequentie en veldsterkte, het team was in staat om de overgang van de deeltjes van een willekeurige, vast als materiaal in zeer georganiseerde kristallijne structuren of roosters.

Volgens Furst, een professor in UD's Department of Chemical and Biomoleculaire Engineering, niemand is ooit getuige geweest van deze geleide "fasescheiding" van deeltjes.

"Deze ontwikkeling is opwindend omdat het inzicht geeft in hoe onderzoekers georganiseerde structuren kunnen bouwen, kristallen van deeltjes, het gebruik van richtinggevende velden en het kan aanleiding geven tot nieuwe ontdekkingen over hoe we materialen kunnen laten ordenen, ' zei Furst.

Omdat zwaartekracht een rol speelt in hoe de deeltjes assembleren of uiteenvallen, het onderzoeksteam bestudeerde de ophangingen aan boord van het International Space Station (ISS) door middel van samenwerking met NASA-wetenschappers en astronauten. Een interessante observatie, Furst meldde, was hoe de structuur gevormd door de deeltjes langzaam grover werd, groeide toen snel en scheidde zich af - vergelijkbaar met de manier waarop olie en water worden gescheiden wanneer ze worden gecombineerd - voordat ze opnieuw worden uitgelijnd in een kristallijne structuur.

Nu al, Het laboratorium van Furst heeft nieuwe nanomaterialen ontwikkeld voor gebruik in optische communicatiematerialen en thermische barrièrecoatings. Dit nieuwe detail, samen met andere geregistreerde gegevens over het proces, zullen wetenschappers nu in staat stellen andere paden te ontdekken om nieuwe nanomaterialen te manipuleren en te creëren uit bouwstenen van nanodeeltjes.

"Nutsvoorzieningen, als we een deeltje hebben dat reageert op een elektrisch veld, we kunnen deze principes gebruiken om die assemblage te leiden tot structuren met nuttige eigenschappen, zoals in fotonica, ' voegde Furst eraan toe.

Het werk kan mogelijk belangrijk zijn in de productie, waar het vermogen om de zelfassemblage van functionele materialen voor te programmeren en te sturen zeer gewenst is.

"Dit is de eerste keer dat we de relatie tussen een aanvankelijk ongeordende structuur en een sterk georganiseerde structuur hebben gepresenteerd en ten minste één van de paden tussen de twee. We zijn enthousiast omdat we geloven dat het concept van gerichte zelfassemblage een schaalbare vorm van nanotechnologie, " hij zei.