(PhysOrg.com)-En känslig balans av atomkrafter kan utnyttjas för att göra nanopartikelsuperkluster som är enhetliga i storlek --- ett attribut som är viktigt för många nanotekniska applikationer men svårt att uppnå, Det säger forskare från University of Michigan.

Samma typ av krafter arbetar på att föra samman byggstenar av virus, och de oorganiska superklusterstrukturerna i denna forskning liknar på många sätt virus.

UM-professorerna i kemiteknik Nicholas Kotov och Sharon Glotzer ledde forskningen. Resultaten publiceras nyligen online i Naturnanoteknik .

I ett annat fall av krafter som uppträdde på oväntade sätt i nanoskala, de upptäckte att om du börjar med små nanoskala byggstenar som är tillräckligt varierande i storlek, den elektrostatiska avstötningskraften och van der Waals attraktionskraft kommer att balansera varandra och begränsa tillväxten av klustren. Denna jämvikt möjliggör bildandet av kluster som är enhetliga i storlek.

"Genombrottet här är att vi har upptäckt en generisk mekanism som får dessa nanopartiklar att samlas i nästan perfekta strukturer, "Sa Glotzer." Fysiken som vi ser är inte speciell för detta system, och kan utnyttjas med andra material. Nu när vi vet hur det fungerar, vi kan designa nya byggstenar som monteras på samma sätt. "

De oorganiska superklusterna --- tekniskt kallade "suprapartiklar" --- som forskarna skapade av rött, pulverformig kadmium selenid är inte artificiella virus. Men de delar många attribut med de enklaste formerna av liv, inklusive storlek, form, core-shell struktur och förmågan att både montera och demontera, Sa Kotov.

"Att ha dessa funktioner i ett totalt oorganiskt system är ganska anmärkningsvärt, "Kotov sa." Det finns potential att kombinera dem med de fördelaktiga egenskaperna hos oorganiska material, såsom miljöhärdighet, ljusadsorption och elektrisk konduktivitet. "

Zhiyong Tang, en samarbetsprofessor vid National Center of Nanoscience and Technology i Kina, sa, "Det är också mycket imponerande att sådana överpartiklar kan användas ytterligare som byggstenar för att tillverka tredimensionella ordnade enheter. Detta sekundära självmonteringsbeteende ger ett genomförbart sätt att få storskaliga nanostrukturer som är viktiga för praktisk tillämpning."

Kotov arbetar för närvarande med att ”odla” dessa överpartiklar för att producera syntetiska bränslen från koldioxid. Arbetet har också tillämpningar inom läkemedelsleverans och solcellsforskning och det kan dramatiskt minska kostnaderna för att tillverka stora mängder suprapartiklar.

"Genom att replikera de självmonteringsprocesser som gör att levande organismer kan växa och läka, vi kan förenkla produktionen av många användbara nanostrukturerade system från halvledare och metaller så mycket att de kan tillverkas i alla gymnasielaboratorier, Sa Kotov.