I materiali sintetici autoassemblanti si uniscono quando sono piccoli, blocchi di costruzione uniformi interagiscono e formano una struttura. Però, la natura lascia assemblare materiali come proteine ​​di varie dimensioni e forma, consentendo architetture complesse in grado di gestire più attività.

Gli ingegneri dell'Università dell'Illinois hanno esaminato più da vicino come si assemblano le particelle sintetiche non uniformi e sono rimasti sorpresi nello scoprire che accade in fasi multiple, aprendo la porta a nuovi materiali riconfigurabili da utilizzare in tecnologie come le celle solari e la catalisi.

I risultati sono riportati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

"L'autoassemblaggio tradizionale può essere pensato come un negozio di alimentari che impila le mele per un'esposizione nella sezione dei prodotti, " disse Qian Chen, un professore di scienza e ingegneria dei materiali e autore principale del nuovo studio. "Avrebbero bisogno di lavorare con mele di dimensioni e forma simili - o particelle nel caso dell'autoassemblaggio - per rendere la struttura robusta".

Nel nuovo studio, Il gruppo di Chen ha osservato il comportamento di lastre d'argento su microscala di varie dimensioni e spessore su scala nanometrica nei liquidi. Poiché le particelle utilizzate nei materiali autoassemblanti sono così piccole, si comportano come atomi e molecole, che consentono ai ricercatori di utilizzare la chimica classica e le teorie fisiche per comprendere il loro comportamento, hanno detto i ricercatori.

Le particelle non uniformi si respingono e si attraggono secondo le leggi della natura in modo semplice, acqua deionizzata. Però, quando i ricercatori aggiungono sale all'acqua, il cambiamento delle forze elettrostatiche innesca un processo di assemblaggio in più fasi. Le particelle non uniformi iniziano ad assemblarsi per formare colonne di lastre d'argento impilate e si assemblano ulteriormente in forme sempre più complesse, reticoli esagonali 3D ordinati, la squadra ha trovato.

"Possiamo effettivamente assistere all'assemblaggio delle particelle in questa gerarchia utilizzando un microscopio ottico, " ha detto Binbin Luo, uno studente laureato in scienze dei materiali e ingegneria e coautore di studi. "Per di qua, possiamo tracciare i movimenti delle particelle uno per uno e studiare le dinamiche di assemblaggio in tempo reale".

"I risultati di questo studio possono consentire lo sviluppo di materiali autoassemblanti riconfigurabili, "ha detto Ahyoung Kim, uno studente laureato in scienze dei materiali e ingegneria e coautore di studi. "Questi materiali possono cambiare da un tipo di cristallo solido a un altro tipo con proprietà diverse per una varietà di applicazioni".

"Un altro vantaggio di questa scoperta è che può essere generalizzato ad altri tipi di sistemi, " Disse Chen. "Se hai un altro tipo di nanoparticella, sia esso magnetico o semiconduttore, questo principio dell'assemblea gerarchica si applica ancora, consentendo ancora più tipi di materiali riconfigurabili."