(Phys.org)—Föreställ dig ett datorchip som kan sätta ihop sig själv. Enligt Eric M. Furst, professor i kemisk och biomolekylär teknik vid University of Delaware, ingenjörer och forskare är närmare att göra denna och andra skalbara former av nanoteknik till verklighet som ett resultat av nya milstolpar i att använda nanopartiklar som byggstenar i funktionella material.

Furst och hans postdoktorala forskare, James Swan och Paula Vasquez, tillsammans med kollegor på NASA, Europeiska rymdorganisationen, Zin Technologies och Lehigh University, rapporterade fyndet 17 september i en artikel i Proceedings of the National Academies of Science ( PNAS ) onlineupplaga.

Med titeln "Multi-scale kinetics of a field-directed kolloidal phase transition, " artikeln beskriver hur forskargruppens utforskning av kolloider, mikroskopiska partiklar som bara är hundradelar av diametern på ett människohår, för att bättre förstå hur nano-"byggstenar" kan styras till att "självmontera" till specifika strukturer.

Forskargruppen studerade paramagnetiska kolloider medan de periodiskt applicerade ett externt magnetfält med olika intervall. Med precis rätt frekvens och fältstyrka, teamet kunde se partiklarna övergå från en slumpmässig, fast liknande material till högorganiserade kristallina strukturer eller gitter.

Enligt Furst, professor vid UD:s institution för kemi- och biomolekylär teknik, ingen tidigare har någonsin sett denna guidade "fasseparering" av partiklar.

"Denna utveckling är spännande eftersom den ger insikt i hur forskare kan bygga organiserade strukturer, kristaller av partiklar, genom att använda styrfält och det kan leda till nya upptäckter om hur vi kan få material att organisera sig, sa Furst.

Eftersom gravitationen spelar en roll i hur partiklarna sätts ihop eller demonteras, forskargruppen studerade upphängningarna ombord på den internationella rymdstationen (ISS) genom samarbete med NASA-forskare och astronauter. En intressant observation, Först rapporterade, var hur strukturen som bildades av partiklarna långsamt förgrovs, växte sedan snabbt och separerade – på samma sätt som olja och vatten separeras när de kombineras – innan de omvandlas till en kristallin struktur.

Redan, Fursts labb har skapat nya nanomaterial för användning i optiska kommunikationsmaterial och termiska barriärbeläggningar. Denna nya detalj, tillsammans med andra registrerade uppgifter om processen, kommer nu att göra det möjligt för forskare att upptäcka andra vägar för att manipulera och skapa nya nanomaterial från nanopartiklars byggstenar.

"Nu, när vi har en partikel som reagerar på ett elektriskt fält, vi kan använda dessa principer för att styra sammansättningen till strukturer med användbara egenskaper, som inom fotonik, " tillade Furst.

Arbetet kan potentiellt visa sig vara viktigt inom tillverkning, där förmågan att förprogrammera och styra självmontering av funktionella material är mycket önskvärd.

"Det här är första gången vi har presenterat förhållandet mellan en ursprungligen oordnad struktur och en mycket organiserad struktur och åtminstone en av vägarna mellan de två. Vi är glada eftersom vi tror att konceptet med riktad självmontering kommer att möjliggöra en skalbar form av nanoteknik, " han sa.