Northwestern University forskare har utvecklat en plan för att förstå och förutsäga egenskaper och beteende hos komplexa nanopartiklar och optimera deras användning för ett brett spektrum av vetenskapliga tillämpningar. Dessa inkluderar katalys, optoelektronik, transistorer, bioavbildning, och energilagring och konvertering.

Nya forskningsresultat har framgångsrikt möjliggjort syntesen, eller skapelse, av en mängd olika polyelementala nanopartiklar - strukturer med så många som åtta olika element. Dock, det finns fortfarande en begränsad förståelse för hur arrangemanget av faser inom dessa strukturer påverkar deras egenskaper och hur specifika gränssnitt (den gemensamma ytan mellan bundna strukturer, heter heterostructures) kan utformas och syntetiseras optimalt.

"Eftersom det kombinatoriska utrymmet för blandningar är nästan oändligt, med miljarder möjligheter, förutsäga och förstå hur specifika klasser av gränssnitt kan etableras i en enda partikel är avgörande för att utforma nya och funktionella nanostrukturer och, i sista hand, optimera deras egenskaper för olika vetenskapliga tillämpningar, "sade Tchad A. Mirkin, George B. Rathmann professor i kemi vid Weinberg College of Arts and Sciences och direktören för International Institute for Nanotechnology i Northwestern, som ledde forskningen.

I studien, forskarna använde scanning probe block copolymer litography (SPBCL), uppfunnit och utvecklat på Northwestern av Mirkin, att bygga ett nytt bibliotek av polyelementala heterostrukturerade nanopartiklar som innehåller upp till sju olika metaller.

Forskningen kommer att publiceras i tidningen 1 mars Vetenskap .

"Vi använde beräkningsverktyg, såsom densitet funktionell teori, att beräkna gränssnittsenergier mellan faser, liksom ytanergier, och kombinerade dessa till en övergripande nanopartikel energi, "sa Chris Wolverton, Jerome B. Cohen professor i materialvetenskap och teknik vid Northwestern McCormick School of Engineering. "Det vi fann är att observerade morfologier minimerade beräknade energier. Som ett resultat, vi har nu ett verktyg för att förutsäga och förstå dessa typer av fasarrangemang i nanopartiklar. "

Wolverton är medförfattare till studien.

"Vårt bidrag möjliggör syntes av många typer av gränssnitt, tillhandahålla en stor lekplats för att utforska deras egenskaper och fenomen-såsom nya katalysatorer och ljusemitterande nanostrukturer-för användbara ändamål, "sa medförfattaren Vinayak Dravid. Han är Abraham Harris professor i materialvetenskap och teknik och chef för Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) på Northwestern.