Met behulp van een kunstzinnige combinatie van nanotechnologie en elementaire chemie, Onderzoekers van Sandia National Laboratories hebben gouden nanodeeltjes aangemoedigd om zichzelf te assembleren tot ongewoon grote superkristallen die de detectiegevoeligheid voor chemicaliën in explosieven of medicijnen aanzienlijk zouden kunnen verbeteren.

"Onze superkristallen hebben meer waarnemingsvermogen dan de reguliere spectroscopie-instrumenten die momenteel in gebruik zijn, net zoals de neus van een hond meer zintuigen heeft dan die van een mens, ", zei hoofdonderzoeker Sandia Hongyou Fan.

Andere onderzoekers rapporteerden eerder dat ze gouden superkristallen vormden, maar alleen in het micronbereik, te klein voor commerciële productie, zei ventilator, wiens submillimeter-superkristallen gemakkelijk kunnen worden gemanipuleerd met industriële gereedschappen van de macrowereld.

De tafelsensoren, onlangs gemeld in Natuurcommunicatie , zijn ook verrassend goedkoop, zegt ventilator. "De superkristallen zijn gemaakt van goud, maar slechts een beetje ervan." Er is 0,012 gram goud nodig om een ​​sensor te vormen, voor een totale materiaalkosten van ongeveer 50 cent.

Om elk van de Sandia-superkristallen te vormen, miljoenen gouden nanodeeltjes die zichzelf strak in elkaar zetten in geordende rijen. De deeltjes ontwikkelen van nature facetten - die lijken op die in diamanten geslepen door een juwelier - om te bestaan ​​op het laagst mogelijke energieniveau dat nodig is om het bestaan ​​van het kristal te behouden.

Kristallen facetten 'baai' zoals hounds

De facetten zijn bedreven in het herkennen en doorgeven van signalen. Ze "baaien" in groepen zoals honden - dat wil zeggen, een sterk signaal uitzenden - wanneer een vooraf bepaalde externe frequentie wordt 'gesnoven'. Dat komt omdat wanneer een nanodeeltje een bandfrequentie herkent en het laat resoneren, die energie zal doorgeven aan andere nanodeeltjes, gekoppeld aan nabijheid en het lokale elektromagnetische veld. De gealarmeerde nanodeeltjes versterken de reactie in een soort echo-actie, merkbaar maken wat in minder scherpe sensoren misschien onopgemerkt is gebleven.

De initiële vorming van de kristallen omvat het dispergeren van gouddeeltjes met een diameter van ongeveer 5 nanometer in een "goed" oplosmiddel, tolueen. Vervolgens worden ze onderworpen aan een bad in een "vijandig" oplosmiddel, isopropanol, waarvan de deeltjes oververzadigd zijn en waaruit ze vervolgens worden uitgestoten of neergeslagen.

De uitgestoten deeltjes, vluchtelingen uit de oplossing, dan kristalliseren als kleine zaden. De groei van facetten maakt ze beschikbaar om te reageren op een breed scala aan binnenkomende chemische geuren of lichtbandfrequenties.

De juiste concentraties van materialen en onderdompelingstijden van deeltjes zijn belangrijke factoren bij het maken van grote kristallen. Het proces kan wel een week duren.