Om nieuwe nanomateriaaltechnologieën te creëren, zoals verlichting van de volgende generatie, fundamentele uitdagingen die ten grondslag liggen aan de wetenschap en techniek van nanodeeltjes moeten worden opgelost. Bijvoorbeeld, veel voorgestelde technologieën hangen af ​​van de organisatie van deeltjes in lagen, films genoemd, die een precieze microstructuur hebben. Echter, fabricage van deze films is een uitdagende prestatie omdat het moeilijk is om de structuur van nanodeeltjesassemblages op micrometerschalen te regelen.

Onderzoekers van de Carnegie Mellon University hebben een oplossing gevonden:nanodeeltjes kunnen op een meer voorspelbare, georganiseerde mode wanneer het oppervlak is gemodificeerd met polymeerketens. Door gebruik te maken van de intrinsieke organisatorische eigenschappen van polymere kettingen, nanodeeltjes kunnen worden geprogrammeerd om zichzelf op een omkeerbare manier te assembleren tot een verscheidenheid aan domeinstructuren ter grootte van een micron. Deze bevindingen werden gepubliceerd in het 23 december nummer van het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"We hebben aangetoond dat je interacties tussen bouwstenen van nanodeeltjes kunt controleren, en daarom heb je nu het vermogen om moleculaire structuren te creëren met deeltjes die voorheen niet mogelijk waren, ", zegt Michael Bockstaller, hoogleraar materiaalkunde en engineering van Carnegie Mellon University, een hoofdauteur van het onderzoek. De onderzoekers hebben deze nieuwe benadering gedemonstreerd voor een modeldeeltjessysteem dat zal fungeren als een synthetisch testbed voor een reeks andere nanodeeltjesmaterialen. Deze materialen worden onderzocht voor toepassingen in een reeks nanomateriaaltechnologieën.

"Niemand heeft ooit eerder deeltjes op deze manier kunnen beheersen, dus deze bevinding is zeer opwindend voor een breed scala aan op nanodeeltjes gebaseerde materiaaltechnologieën, ", zegt Bockstaller. De nieuwe resultaten vormen een belangrijke opstap naar het verbeteren van de efficiëntie van technologieën zoals sensoren en zonnepanelen. Omdat deze technologieën afhankelijk zijn van de organisatie van deeltjes om licht en warmte te verspreiden, deze nieuwe bevinding heeft het potentieel om de manier waarop de materialen in de toekomst functioneren drastisch te veranderen. Bijvoorbeeld, Bockstaller legt uit dat een betere controle over de organisatie van fluorescerende deeltjes die kwantummaterialen worden genoemd, zou kunnen resulteren in helderdere en energiezuinigere televisie- en smartphoneschermen.

Vooruit gaan, het onderzoeksteam heeft plannen om de organisatie van nieuwe nanodeeltjessystemen te onderzoeken, inclusief quantum dot-materialen. Het team, waaronder Carnegie Mellon University Chemistry Professor Krzysztof Matyjaszewski, hoopt ook het niveau van verfijning verder uit te breiden bij het beheersen van de morfologie en eigenschappen van assemblagestructuren van nanodeeltjes.

"Dit fundamentele onderzoek opent de deur om een ​​hele reeks nieuwe ideeën uit te proberen op het gebied van op nanodeeltjes gebaseerde materialen, van fotonische tot lichtgevende materialen. Stel je voor dat we de eigenschappen van deze materialen op gedefinieerde manieren dynamisch zouden kunnen veranderen, " zegt Bockstaller. "Met ons begrip van hoe deeltjes te organiseren, we hopen dit in de toekomst mogelijk te maken."

Voor meer informatie, zie de wetenschappelijke vooruitgang artikel:"Polymeerligand-geïnduceerde autonome sortering en omkeerbare fasescheiding in mengsels van binaire deeltjes."