Illustration av den nya tillverkningsprocessen för mikrostrukturerade partikelbaserade filmer för nanotekniska tillämpningar. I ett första steg, filmer som innehåller blandningar av polymerbundna nanopartiklar framställs genom tillverkningsprocess med hög genomströmning. Polymerligander indikeras som färgade strängar; olika partiklar är bundna med distinkta polymerer, respektive. Liganddriven fasseparation resulterar därefter i den autonoma organisationen av partiklar i ordnade mikrodomänstrukturer med kontrollerad storlek och form. Upphovsman:Carnegie Mellon University College of Engineering
För att skapa nya nanomaterialtekniker som nästa generations belysning, grundläggande utmaningar som ligger till grund för vetenskap och teknik för nanopartiklar måste lösas. Till exempel, många föreslagna teknologier beror på organiseringen av partiklar i lager, kallas filmer, som har en exakt mikrostruktur. Dock, tillverkning av dessa filmer är en utmanande bedrift att utföra eftersom det är svårt att kontrollera strukturen hos nanopartiklarna på mikrometerskalor.
Forskare vid Carnegie Mellon University har hittat en lösning - nanopartiklar kan organiseras i en mer förutsägbar, organiserat sätt vid ytmodifiering med polymerkedjor. Genom att utnyttja polymerspetsars inneboende organisatoriska egenskaper, nanopartiklar kan programmeras att självmonteras i en mängd olika mikronstora domänstrukturer på ett reversibelt sätt. Dessa fynd publicerades i tidningen 23 december Vetenskapliga framsteg .
"Vi har visat att du kan kontrollera interaktioner mellan nanopartiklar, och därför har du nu förmågan att skapa molekylära strukturer med partiklar som inte tidigare var möjliga, "säger Michael Bockstaller, professor i materialvetenskap och teknik vid Carnegie Mellon University, en huvudförfattare på studien. Forskarna har visat detta nya tillvägagångssätt för ett modellpartikelsystem som kommer att fungera som en syntetisk testbädd för en rad andra nanopartikelmaterial. Dessa material undersöks för tillämpningar inom en rad nanomaterialtekniker.
"Ingen har någonsin kunnat kontrollera partiklar på detta sätt tidigare, så detta fynd är mycket spännande inom ett brett spektrum av nanopartikelbaserade materialtekniker, "säger Bockstaller. De nya resultaten är ett viktigt steg för att förbättra effektiviteten hos tekniker som sensorer och solpaneler. Eftersom dessa tekniker är beroende av att partiklar organiseras för att sprida ljus och värme, detta nya fynd har potential att dramatiskt förändra hur materialen fungerar i framtiden. Till exempel, Bockstaller förklarar att bättre kontroll över organisationen av fluorescerande partiklar som kallas kvantmaterial kan resultera i ljusare och mer energieffektiva tv- och smarttelefonskärmar.
Går vidare, forskargruppen har planer på att utforska organisationen av nya nanopartikelsystem inklusive kvantpunktmaterial. Laget, som inkluderar Carnegie Mellon University Chemistry Professor Krzysztof Matyjaszewski, hoppas också kunna förlänga nivån av sofistik för att kontrollera morfologin och egenskaperna hos nanopartiklar.
"Denna grundläggande forskning öppnar dörren för att pröva en helt ny uppsättning idéer inom området nanopartikelbaserade material, från fotoniska till självlysande material. Tänk om vi kunde dynamiskt ändra egenskaperna hos dessa material på definierade sätt, "säger Bockstaller." Med vår förståelse för hur man organiserar partiklar, Vi hoppas kunna göra detta möjligt i framtiden. "
För mer information, se Vetenskapliga framsteg artikel:"Polymerligandinducerad autonom sortering och reversibel fasseparation i binära partikelblandningar."
