Onderzoekers van de Northwestern University hebben een blauwdruk ontwikkeld voor het begrijpen en voorspellen van de eigenschappen en het gedrag van complexe nanodeeltjes en het optimaliseren van hun gebruik voor een breed scala aan wetenschappelijke toepassingen. Deze omvatten katalyse, opto-elektronica, transistoren, bio-beeldvorming, en energieopslag en -conversie.

Recente onderzoeksresultaten hebben met succes de synthese mogelijk gemaakt, of schepping, van een grote verscheidenheid aan polyelemental nanodeeltjes-structuren met maar liefst acht verschillende elementen. Echter, er is nog steeds een beperkt begrip van hoe de rangschikking van fasen binnen deze structuren hun eigenschappen beïnvloedt en hoe specifieke interfaces (het gemeenschappelijke oppervlak tussen gebonden structuren, heterostructuren genoemd) kunnen optimaal worden ontworpen en gesynthetiseerd.

"Omdat de combinatorische ruimte van mengsels bijna oneindig is, met miljarden mogelijkheden, voorspellen en begrijpen hoe specifieke klassen van interfaces kunnen worden vastgesteld in een enkel deeltje is cruciaal voor het ontwerpen van nieuwe en functionele nanostructuren en, uiteindelijk, het optimaliseren van hun eigenschappen voor verschillende wetenschappelijke toepassingen, " zei Chad A. Mirkin, de George B. Rathmann hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences en de directeur van het International Institute for Nanotechnology in Northwestern, die het onderzoek leidde.

In de studie, de onderzoekers gebruikten scanning probe block copolymeer lithografie (SPBCL), uitgevonden en ontwikkeld in Northwestern door Mirkin, om een ​​nieuwe bibliotheek van polyelemental heterogestructureerde nanodeeltjes te construeren die maximaal zeven verschillende metalen bevatten.

Het onderzoek zal worden gepubliceerd in het nummer van 1 maart van het tijdschrift Wetenschap .

"We gebruikten rekentools, zoals dichtheidsfunctionaaltheorie, om grensvlakenergieën tussen fasen te berekenen, evenals oppervlakte-energieën, en combineerde deze tot een totale nanodeeltjesenergie, " zei Chris Wolverton, de Jerome B. Cohen hoogleraar Materials Science and Engineering aan de McCormick School of Engineering van Northwestern. "Wat we ontdekten, is dat waargenomen morfologieën de berekende energieën minimaliseerden. we hebben nu een tool om dit soort fase-arrangementen in nanodeeltjes te voorspellen en te begrijpen."

Wolverton is een co-auteur van de studie.

"Onze bijdrage maakt de synthese mogelijk van talrijke soorten interfaces, een enorm speelterrein bieden om hun eigenschappen en fenomenen - zoals nieuwe katalysatoren en lichtemitterende nanostructuren - voor nuttige doeleinden te verkennen, " zei co-auteur Vinayak Dravid. Hij is de Abraham Harris Professor of Materials Science and Engineering en de directeur van het Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) in Northwestern.