Skyddsförmågan hos en kedjelänk molekylär beläggning minskar när, istället för att fästa på en plan yta för att bilda en obruten vägg (fig. 1), nanopartikelns radie är så liten att den yttersta krökningen öppnar utrymmen mellan de skyddande molekylerna (fig. 2). (Teckning med tillstånd av Matt Lane, Sandia National Labs)
(PhysOrg.com) -- Det kan tyckas uppenbart att doppa relativt sfäriska föremål i en sås - blåbär i smält choklad, säg — kommer att resultera i en mängd helt inkapslade bär.
Förlitar sig på det konceptet, Tillverkare av sfäriska nanopartiklar har på liknande sätt lagt sina varor i skyddande beläggningar i tron att sådana inkapslingar skulle förhindra klumpning och oönskade kemiska interaktioner med lösningsmedel.
Tyvärr, reaktioner i nanovärlden är inte logiska förlängningar av makrovärlden, Sandia National Laboratories forskare Matthew Lane och Gary Grest har hittat.
I en omslagsartikel i somras i Fysiska granskningsbrev , forskarna använder simuleringar av molekylär dynamik för att visa att enkla beläggningar inte helt kan täcka varje sfärisk nanopartikel i en uppsättning.
Istället, eftersom diametern på en partikel kan vara mindre än tjockleken på beläggningen som skyddar den, partikelytans krökning när den snabbt sjunker bort från dess fästa beläggning framkallar bildandet av en serie jalusier snarare än en solid skyddsvägg (se illustrationen).
"Vi har vetat sedan en tid tillbaka att nanopartiklar är speciella, och att "små är annorlunda, sa Lane. "Vad vi har visat är att denna allmänna regel för nanoteknik gäller hur vi belägger partiklar, också."
Carlos Gutierrez, chef för Sandias avdelning för yt- och gränssnittsvetenskap, sa, "Det är välkänt att aggregering av nanopartiklar i suspension för närvarande är ett hinder för deras kommersiella och industriella användning. Simuleringarna visar att även beläggningar helt och likformigt applicerade på sfäriska nanopartiklar är avsevärt förvrängda vid gränssnittet mellan vatten och ånga."
Sa Grest, "Du vill inte ha aggregering eftersom du vill att partiklarna ska förbli fördelade över hela produkten för att uppnå enhetlighet. Om du har partiklar av, säga, mikronstorlek, du måste belägga eller elektriskt ladda dem så att partiklarna inte klibbar ihop. Men när partiklarna blir små och beläggningarna blir jämförbara i storlek med partiklarna, formerna de bildar är asymmetriska snarare än sfäriska. Sfäriska partiklar håller avstånd; asymmetriska partiklar kan fastna vid varandra."
Simuleringens upptäckt är inte nödvändigtvis en dålig sak, av denna anledning:Även om varje partikel är asymmetriskt belagd, asymmetrin är konsekvent för varje given uppsättning. Sagt på ett annat sätt, alla belagda nanoskopiska set är asymmetriska på sitt eget sätt.
En förutsägbar, identisk variation som förekommer i varje medlem av en nanoset kan öppna dörrar till nya tillämpningar.
"Vad vi har gjort här är att sätta upp en stor "återvändsgränd"-skylt för att förhindra forskare från att slösa tid på att gå in på fel väg, sa Lane. "Att öka ytdensiteten hos beläggningen eller dess molekylära kedjelängd kommer inte att förbättra fläckiga beläggningar, som för större partiklar. Men det finns många andra möjliga vägar till nya resultat när du kan kontrollera formen på aggregeringen."
