In een recent onderzoek hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, het zelfassemblagegedrag van gepolymeriseerde nanokubussen onthuld, wat hun vermogen aantoont om complexe en hiërarchische structuren te vormen. De bevindingen bieden inzicht in de gecontroleerde assemblage van nanomaterialen en bieden een potentiële route voor de fabricage van geavanceerde functionele materialen.

Nanokubussen, met hun duidelijk gedefinieerde vormen en afmetingen, hebben veel aandacht getrokken op het gebied van nanotechnologie. Door de interacties tussen deze bouwstenen nauwkeurig te controleren, kunnen onderzoekers materialen met gewenste eigenschappen en functionaliteiten ontwikkelen. In deze studie concentreerden de onderzoekers zich op gepolymeriseerde nanokubussen, waarbij individuele nanokubussen covalent gebonden zijn om grotere entiteiten te vormen.

Met behulp van een combinatie van experimentele technieken en computationele modellering onderzocht het team het zelfassemblagegedrag van gepolymeriseerde nanokubussen in oplossing. Ze merkten op dat deze nanokubussen zich spontaan organiseerden in een verscheidenheid aan structuren, waaronder eendimensionale ketens, tweedimensionale platen en driedimensionale superroosters.

De vorming van deze structuren werd aangedreven door het samenspel van verschillende krachten, waaronder van der Waals-interacties, elektrostatische afstoting en waterstofbinding. Door deze krachten zorgvuldig af te stemmen, konden de onderzoekers de grootte, vorm en complexiteit van de geassembleerde structuren beheersen.

Een van de belangrijkste bevindingen van het onderzoek was het vermogen van gepolymeriseerde nanokubussen om hiërarchische structuren te vormen. Deze structuren bestonden uit meerdere organisatieniveaus, waarbij kleinere nanokubussen werden samengevoegd tot grotere bouwstenen, die op hun beurt zichzelf assembleerden tot nog grotere structuren. Dit hiërarchische assemblageproces maakte het mogelijk complexe architecturen te creëren met nauwkeurige controle over de eigenschappen van het materiaal.

De onderzoekers demonstreerden ook de mogelijke toepassingen van deze zelf-assemblerende gepolymeriseerde nanokubussen. Ze toonden bijvoorbeeld aan dat de nanokubus-superroosters kunnen worden gebruikt als sjablonen voor de synthese van functionele materialen, zoals halfgeleiders en metaaloxiden. Deze materialen vertoonden verbeterde eigenschappen vergeleken met hun bulk-tegenhangers, waardoor ze veelbelovende kandidaten zijn voor toepassingen in energieopslag, katalyse en opto-elektronica.

Over het geheel genomen biedt deze studie een dieper inzicht in het zelfassemblagegedrag van gepolymeriseerde nanokubussen en opent nieuwe mogelijkheden voor het ontwerp en de fabricage van geavanceerde functionele materialen met op maat gemaakte eigenschappen. Door de interacties tussen deze nanokubussen te beheersen, kunnen onderzoekers hiërarchische structuren met complexe architecturen creëren en hun potentiële toepassingen op verschillende technologische gebieden verkennen.