För att metallnanomaterial ska kunna uppfylla sitt löfte om energi och elektronik, de behöver forma sig – bokstavligen.

För att leverera tillförlitliga mekaniska och elektriska egenskaper, nanomaterial måste ha konsekventa, förutsägbara former och ytor, samt skalbara produktionstekniker. UC Riverside-ingenjörer löser detta problem genom att förånga metaller inom ett magnetfält för att styra sammansättningen av metallatomer till förutsägbara former. Forskningen publiceras i Journal of Physical Chemistry Letters .

Nanomaterial, som är gjorda av partiklar som mäter 1-100 nanometer, skapas vanligtvis i en flytande matris, vilket är dyrt för bulkproduktionstillämpningar, och i många fall kan inte göra rena metaller, såsom aluminium eller magnesium. Mer ekonomiska produktionstekniker involverar vanligtvis ångfasmetoder för att skapa ett moln av partiklar som kondenserar från ångan. Dessa lider av bristande kontroll.

Reza Abbaschian, en framstående professor i maskinteknik; och Michael Zachariah, en framstående professor i kemi- och miljöteknik vid UC Riversides Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering; gick samman för att skapa nanomaterial av järn, koppar, och nickel i gasfas. De placerade fast metall i en kraftfull elektromagnetisk levitationsspole för att värma metallen över dess smältpunkt, förångar den. Metalldropparna svävade i gasen i spolen och rörde sig i riktningar som bestäms av deras inneboende reaktioner på magnetiska krafter. När dropparna binds, de gjorde det på ett ordnat sätt som forskarna lärde sig att de kunde förutsäga baserat på typen av metall och hur och var de applicerade magnetfälten.

Järn- och nickelnanopartiklar bildade strängliknande aggregat medan kopparnanopartiklar bildade klotformiga kluster. När den avsätts på en kolfilm, järn- och nickelaggregat gav filmen en porös yta, medan kolaggregat gav den en mer kompakt, fast yta. Kvaliteterna hos materialen på kolfilmen speglade i större skala egenskaperna hos varje typ av nanopartikel.

Eftersom fältet kan ses som ett "tillägg, "Detta tillvägagångssätt skulle kunna tillämpas på vilken källa som helst för generering av nanopartiklar i ångfas där strukturen är viktig, såsom fyllmedel som används i polymerkompositer för magnetisk skärmning, eller för att förbättra elektriska eller mekaniska egenskaper.

"Detta "fältstyrda" tillvägagångssätt gör det möjligt för en att manipulera sammansättningsprocessen och ändra arkitekturen för de resulterande partiklarna från objekt med hög fraktal dimension till strängliknande strukturer med lägre dimension. Fältstyrkan kan användas för att manipulera omfattningen av detta arrangemang, sa Zacharias.