Med hjälp av numeriska simuleringar, Ames Lab-forskare fann att "hårig" (f-stjärna) eller DNA ympat på nanokuber gav en allmän ram för att styra självmonteringen i faser med kristallina, flytande kristallin, rotator, eller icke-kristallina faser med både långdistanspositionell och orienteringsordning.
(Phys.org) —Nanopartiklar sammansatta på nya sätt lovar en våg av nya högteknologiska material som kan erbjuda hög hållfasthet, förbättrade magnetiska egenskaper, ljusreflektivitet eller absorption, använda som katalysatorer och mycket mer. Forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har utvecklat en teoretisk modell för att utforska effekten av polymerbeläggningar, inklusive DNA, för självmontering av nanokuber till så kallade supergitter.
Det som gör arbetet av Ames Laboratory-fysiker Alex Travesset och doktorand Chris Knorowski betydelsefullt är att de har karakteriserat hur dessa nanokuber bildar kristallina och flytande kristallina strukturer. Deras arbete publicerades i numret av den 10 december Journal of the American Chemical Society och nämns i en artikel i Editor's Choice i numret 31 januari av Vetenskap .
"Sfäriska nanopartiklar, är isotropa så att de kan riktas åt alla håll, " Travesset förklarar. "Nanokuber är olika. De är anisotropa, så de visar orienteringsordning. De kommer bara att staplas ihop om ansiktena orienterar sig på vissa sätt."
"Från en mer tillämpad synvinkel, kuber kan packas ihop mer effektivt än sfärer; i konfigurationer som inte lämnar några luckor, " han lägger till, "så de är av intresse inom områden som katalys där du vill maximera kontaktytan."
Hittills har forskare bara övervägt teoretiska system som består av hårda nanokuber. Dock, genom att belägga nanokuber med polymersträngar, de strukturer som bildas binds samman så att de kan utvinnas och studeras i laboratoriemiljöer. Nanokuberna kan vara metalliska, guld eller silver, eller gjorda av halvledande material.
Travessets teoretiska modell använder både en generell polymer och DNA. Medan båda resulterade i montering av nanokuber till komplexa kristallina strukturer, DNA-systemet tillåter kontroll av självmontering genom hybridisering av komplementära baspar.
"Med DNA, du kan koda information om vilka kuber som kommer att monteras med vilka andra kuber, ", sa Travesset. "Det ger dig ett mer exakt sätt att rikta in sig på relevanta självmonterade strukturer."
"Eftersom systemet kan polymeriseras i vatten, den sammansatta strukturen kan tas ut och användas i torra miljöer, ", sa Travesset. "Och dessa komplexa strukturer ger mycket fler möjligheter för applikationer och system än enkla hårda kuber tillåter. Vi hoppas att dessa system kommer att leda till ytterligare experiment."
