Om ervoor te zorgen dat metalen nanomaterialen hun belofte aan energie en elektronica waarmaken, ze moeten vorm krijgen - letterlijk.

Om betrouwbare mechanische en elektrische eigenschappen te leveren, nanomaterialen moeten consistente, voorspelbare vormen en oppervlakken, evenals schaalbare productietechnieken. De ingenieurs van UC Riverside lossen dit probleem op door metalen in een magnetisch veld te verdampen om de hermontage van metaalatomen in voorspelbare vormen te leiden. Het onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters .

nanomaterialen, die zijn gemaakt van deeltjes van 1-100 nanometer, worden meestal gecreëerd in een vloeibare matrix, wat duur is voor toepassingen in bulkproductie, en kan in veel gevallen geen zuivere metalen maken, zoals aluminium of magnesium. Meer economische productietechnieken omvatten typisch dampfasebenaderingen om een ​​wolk van deeltjes te creëren die condenseren uit de damp. Deze lijden aan een gebrek aan controle.

Reza Abbaschiaan, een vooraanstaande hoogleraar werktuigbouwkunde; en Michaël Zacharias, een vooraanstaande professor in chemische en milieutechniek aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering van UC Riverside; bundelden hun krachten om nanomaterialen te maken uit ijzer, koper, en nikkel in een gasfase. Ze plaatsten massief metaal in een krachtige elektromagnetische levitatiespoel om het metaal boven het smeltpunt te verwarmen, het verdampen. De metalen druppeltjes zweefden in het gas in de spoel en bewogen in richtingen die bepaald werden door hun inherente reacties op magnetische krachten. Toen de druppeltjes zich hechtten, ze deden dat op een geordende manier dat de onderzoekers leerden dat ze konden voorspellen op basis van het type metaal en hoe en waar ze de magnetische velden aanbrachten.

IJzer- en nikkelnanodeeltjes vormden snaarachtige aggregaten, terwijl koperen nanodeeltjes bolvormige clusters vormden. Wanneer gedeponeerd op een koolstoffilm, ijzer- en nikkelaggregaten gaven de film een ​​poreus oppervlak, terwijl koolstofaggregaten het een compacter, vast oppervlak. De eigenschappen van de materialen op de koolstoffilm weerspiegelden op grotere schaal de eigenschappen van elk type nanodeeltje.

Omdat het veld kan worden gezien als een "add-on, " deze benadering kan worden toegepast op elke bron voor het genereren van nanodeeltjes in de dampfase waar de structuur belangrijk is, zoals vulstoffen die worden gebruikt in polymeercomposieten voor magnetische afscherming, of om elektrische of mechanische eigenschappen te verbeteren.

"Deze 'veldgerichte' benadering stelt iemand in staat om het assemblageproces te manipuleren en de architectuur van de resulterende deeltjes te veranderen van objecten met een hoge fractale dimensie naar stringachtige structuren met een lagere dimensie. De veldsterkte kan worden gebruikt om de omvang van deze opstelling te manipuleren, ' zei Zacharias.