Nanotechnologie is gebaseerd op de fabricage van nanostructuren. Wetenschappers zijn er nu in geslaagd om op nanoschaal een unieke koolstofstructuur te kweken die lijkt op een klein rondgedraaid snorretje. Hun methode zou de weg kunnen wijzen naar de vorming van complexere nanonetwerken. Onderzoekers van de Electronic Properties of Materials Group van de Faculteit der Natuurkunde (Universiteit van Wenen) en hun internationale medewerkers hebben hun resultaten gepubliceerd in het nieuwe open-access tijdschrift van de Nature Publishing-groep, Wetenschappelijke rapporten .

Nanomaterialen vertonen unieke eigenschappen die zich alleen kunnen ontvouwen als de structuren van het materiaal erg klein zijn – dat wil zeggen:op nanoschaal. Om deze speciale eigenschappen zoals, bijvoorbeeld, specifieke kwantumeffecten is het van groot belang om voorgedefinieerde nanostructuren op een gecontroleerde manier te produceren en de vorming van hun vorm te interpreteren. Wetenschappers proberen te begrijpen hoe ze de groei van nanomaterialen kunnen initiëren en beheersen en onderzoeken verschillende manieren om nanostructuren te ontwerpen en op te bouwen met fijne controle over vormen. In de natuur, veel organische vormen groeien bilateraal, dat is, symmetrisch in twee verschillende richtingen. Een internationaal team van onderzoekers van de Universiteit van Wenen (Oostenrijk), de Universiteit van Surrey (VK) en de IFW Dresden (Duitsland) hebben nu een dergelijke bilaterale vorming van anorganische nanomaterialen in een gecontroleerde omgeving bereikt door een nieuwe methode te implementeren.

Hoe een nanosnor te laten groeien

De wetenschappers brachten een gas bestaande uit koolstof- en ijzeratomen bij een verhoogde temperatuur onder druk totdat ze zagen dat twee armen van koolstofatomen spontaan uit een ijzeren kern begonnen te groeien. Toen de ijzeren kern klein genoeg was, de twee koolstofarmen begonnen aan hun uiteinden te spiraliseren, zodat de hele nanostructuur een opvallende gelijkenis vertoonde met een rondgedraaide snor. "De bemoedigende inzichten die we uit onze experimenten hebben opgedaan, bieden een zeer goed uitgangspunt voor de gecontroleerde productie van buitengewone nieuwe materialen met ontworpen nanostructuren", verwacht Dr. Hidetsugu Shiozawa, hoofdauteur van de wetenschappelijke publicatie en onderzoeker aan de Faculteit der Natuurkunde van de Universiteit van Wenen.

Nuttige onvolkomenheden

Om meer te weten te komen over de interne architectuur van de nanomoustaches, de onderzoekers sneden hun nanomateriaal in extreem dunne plakjes en gebruikten een speciale microscopietechniek - de transmissie-elektronenmicroscopie - om de plakjes van dichterbij te bekijken. Wanneer nanostructuren groeien, structurele onvolkomenheden van het materiaal komen naar voren die kenmerkend zijn voor de manier waarop het materiaal is gevormd. In het waargenomen visgraatpatroon van de gesneden nanomoustache, de verdeling van de structurele onvolkomenheden stelde de wetenschappers in staat terug te kijken in de tijd en meer informatie te verkrijgen over de vorming van het nanomateriaal. Voor toekomstige toepassingen zal het van fundamenteel belang zijn om hun kennis toe te passen op de groei van nanostructuren in 2 of 3 dimensies om zo regelmatige patronen en netwerken op nanoschaal te bouwen. Daarom, de wetenschappers streven ernaar om nog meer te begrijpen over het mechanisme achter het vormingspatroon van de nanomoustaches en streven naar meer dimensionale en complexere nanostructuren in toekomstige onderzoeksprojecten.