Chemici en ingenieurs zijn tegenwoordig erg geïnteresseerd in een soort nanotechnologie die mogelijk wordt gemaakt door kleine eilanden van nanodeeltjes die 'colloïdale nanokristallen' worden genoemd. Ze kunnen worden gemaakt van overvloedige en niet-giftige materialen, en ze kunnen gemakkelijk worden aangepast om een ​​aantal verschillende eigenschappen te hebben als functie van hun grootte. Afhankelijk van hoe ze zijn gebouwd, van colloïdale nanokristallen kunnen zonnepanelen worden gemaakt, elektronica of optische apparaten. Maar al deze toepassingen vereisen het maken van nanokristallen vriendelijke plaatsen voor elektronen om mee te reizen.

Een nieuwe studie gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie helpt de kloven op te vullen voor wetenschappers die nanokristallen proberen te gebruiken om betere elektronische en opto-elektronische apparaten te ontwerpen. Volgens onderzoek van de Universiteit van Chicago, Argonne National Laboratory en Max Planck Institute for Iron Research wetenschappers, anorganische verbindingen tussen de nanodeeltjes zelf veranderen en hervormen op het oppervlak van de nanodeeltjes.

Het team richtte zich op de verbanden tussen nanodeeltjes. Aanvankelijk, wetenschappers gebruikten organische moleculen om ze te verbinden, maar deze hadden de neiging om de beweging van elektronen te blokkeren. Sommige recente experimenten hebben in plaats daarvan veel betere resultaten opgeleverd voor anorganische moleculen, maar niemand wist waarom. "We hebben nooit een atomistisch model gehad voor het gedrag van deze anorganische linkers, " zei co-auteur van de studie Giulia Galli, de Liew Family Professor of Molecular Engineering en professor in de chemie aan de Universiteit van Chicago en een senior wetenschapper bij Argonne.

Galli werkte samen met collega Dmitri Talapin, de Louis Block Distinguished Service Professor of Chemistry en een wetenschapper in Argonne, evenals Stefan Wippermann, groepsleider bij het Max Planck Instituut, om de structuur te onderzoeken van nanokristallen gemaakt met deze anorganische verbindingen.

Door een combinatie van theorie en experiment, het team puzzelde uit de slag-voor-slag van acties. Het blijkt dat de linkermoleculen reageren waar ze zijn bevestigd en een soort lijm vormen, wat de eigenschappen van de nanodeeltjes aantast. "In plaats van elk een eigen identiteit te hebben, het geheel moet echt worden beschouwd als een complex nanomateriaal, " zei Galli. "Dit was totaal anders dan werd gedacht."

"Het complete model van de structurele eigenschappen van de nanodeeltjes zou wetenschappers en ingenieurs moeten helpen bij het ontwerpen van materialen voor betere en minder giftige elektronica, zonnepanelen en meer, zei Wippermann, die de studie leidde.

"De computationele machinerie die tijdens deze studie is ontwikkeld, is vrij uniek en zou van toepassing moeten zijn op een breed scala aan nanogestructureerde materialen die zowel kristallijne als amorfe componenten bevatten, ' zei Talapin.