(PhysOrg.com) -- Att kontrollera nanopartiklars beteende kan vara lika svårt att försöka bråka en grupp tonåringar. Dock, en ny studie som involverar det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory har gett forskare insikt i hur justeringar av en nanopartikels attraktiva elektroniska egenskaper kan leda till skapandet av ordnade enhetliga "suprapartiklar".

"Det finns en känslig balans du måste hitta, ” sa Argonne-fysikern Byeongdu Lee, som ledde karaktäriseringen av suprapartiklarna med hjälp av högenergiröntgenstrålar från Argonnes Advanced Photon Source. "Om den attraktiva Van der Waals kraft är för stark, alla nanopartiklar kommer att slå ihop på en gång, och du kommer att sluta med en ful, oordnat glas. Men om den frånstötande Coulomb-kraften är för stark, de kommer aldrig att mötas i första taget."

Forskare från University of Michigan och Kina samarbetade också i studien.

Detta problem med att försöka uppnå rätt sorts balans har legat till grund för ett helt område av kolloidal forskning, enligt Lee. Men även om den rätta jämvikten uppnås för att främja det långsamma, stadig tillväxt av en suprapartikel, hittills har forskare fortfarande haft väldigt lite möjlighet att kontrollera storleken på den partikel som skulle växa. "Om du kunde göra attraktionskraften bara lite starkare än den frånstötande kraften, du skulle se tillväxten av en kristall – men du skulle inte kunna diktera hur stor den växte, " sa han.

Argonne-forskningen fokuserade på att hitta ett sätt för en suprapartikel att automatiskt stoppa sin egen tillväxt. Ett sådant tillstånd skulle bara kunna uppstå om nanopartiklarnas nettoattraktionskraft mot suprapartikelns insida var större än nettoattraktionskraften hos nanopartiklarna som bildade suprapartikelns kant - en så kallad "kärnskalsmorfologi. ”

Även om kärna-skal-morfologier hade observerats i tidigare forskning, dessa tidigare studier hade koncentrerat sig på de typer av suprapartiklar som skapats av "monodispersa" nanopartiklar - de som, som kulor, skulle dela en gemensam storlek och form. "Det är lättare att få individer att samlas i större grupper om de har gemensamma egenskaper än om de inte har det, " sa Lee. "Det är precis som gymnasiet på det sättet."

Istället för att hålla fast vid monodispersitet, dock, Argonne-forskningen fokuserade istället på "polydispersa" nanopartiklar - de med en mängd olika storlekar, massor, och konfigurationer. "Fördelen med vår teknik är att det inte längre finns ett behov av monodispersitet. Du kan blanda två olika komponenter – som en metall och en halvledare – och fortfarande se samma typ av kontrollerad självbegränsande enhet.”

Även om forskningen om suprapartiklar födda från polydispersa samlingar av nanopartiklar fortfarande är i sin linda, Lee och hans kollegor tror att metoden kan hitta sin väg in i ett antal olika tillämpningar, kanske allt från optik till läkemedelsleverans till solceller. "När du arbetar med nanoteknik, vi måste fråga "kan vi göra det här?" innan vi verkligen vet vad vår upptäckt kommer att vara användbar för, " förklarade Lee. "Vi hoppas att ytterligare undersökningar kommer att öppna upp nya upptäcktslinjer som vi inte ens har tänkt på ännu."

En artikel baserad på forskningen visas i septembernumret 2011 av Naturens nanoteknik .