Självmonterade syntetmaterial kommer ihop när de är små, enhetliga byggstenar samverkar och bildar en struktur. Dock, naturen låter material som proteiner av varierande storlek och form samlas, möjliggör komplexa arkitekturer som kan hantera flera uppgifter.

Ingenjörer vid University of Illinois tittade närmare på hur olikformiga syntetiska partiklar samlas och blev förvånade över att det händer i flera faser, öppna dörren för nya omkonfigurerbara material för användning inom teknik som solceller och katalys.

Resultaten rapporteras i tidningen Naturkommunikation .

"Traditionell självmontering kan tänkas som en livsmedelsbutik som staplar äpplen för en visning i produktsektionen, "sa Qian Chen, professor i materialvetenskap och teknik och huvudförfattare till den nya studien. "De skulle behöva arbeta med lika stora och formade äpplen-eller partiklar vid självmontering-för att göra strukturen robust."

I den nya studien, Chens grupp observerade beteendet hos mikroskala silverplattor av varierande storlek och nanoskala tjocklek i vätskor. Eftersom partiklarna som används i självmonterande material är så små, de beter sig som atomer och molekyler, som tillåter forskare att använda klassisk kemi och fysiksteorier för att förstå sitt beteende, sa forskarna.

De icke -enhetliga partiklarna stöter bort och lockar enligt naturlagar i vanlig ordning, avjoniserat vatten. Dock, när forskarna tillsätter salt i vattnet, förändrade elektrostatiska krafter utlöser en flerstegs monteringsprocess. De ouniforma partiklarna börjar samlas för att bilda pelare av staplade silverplattor och samlas vidare till allt mer komplexa, beställde 3-D sexkantiga galler, laget hittade.

"Vi kan faktiskt bevittna partiklarna som samlas i denna hierarki med hjälp av ett ljusmikroskop, "sade Binbin Luo, en doktorand i materialvetenskap och teknik och medförfattare. "Den här vägen, vi kan spåra partikelrörelser en efter en och studera monteringsdynamiken i realtid. "

"Resultaten av denna studie kan möjliggöra utveckling av omkonfigurerbara självmonteringsmaterial, "sa Ahyoung Kim, en doktorand i materialvetenskap och teknik och medförfattare. "Dessa material kan förändras från en typ av fast kristall till en annan typ med olika egenskaper för en mängd olika tillämpningar."

"En annan fördel med detta fynd är att det kan generaliseras till andra typer av system, "Sa Chen." Om du har en annan typ av nanopartiklar, vare sig det är magnetiskt eller halvledande, denna hierarkiska församlingsprincip gäller fortfarande, möjliggör ännu fler typer av omkonfigurerbara material. "