Le capacità protettive di un rivestimento molecolare a maglie di catena sono ridotte quando, invece di attaccarsi a una superficie piana per formare una parete ininterrotta (fig. 1), il raggio della nanoparticella è così piccolo che l'estrema curvatura della superficie apre spazi tra le molecole protettive (fig. 2). (Disegno per gentile concessione di Matt Lane, Laboratori Nazionali Sandia)
(PhysOrg.com) -- Può sembrare ovvio che inzuppare oggetti relativamente sferici in una salsa - mirtilli nel cioccolato fuso, diciamo - si tradurrà in una serie di bacche completamente incapsulate.
Basandosi su quel concetto, i fabbricanti di nanoparticelle sferiche hanno similmente immerso i loro prodotti in rivestimenti protettivi nella convinzione che tali incapsulamenti avrebbero impedito l'aggregazione e le interazioni chimiche indesiderate con i solventi.
Sfortunatamente, le reazioni nel nanomondo non sono estensioni logiche del macromondo, Lo hanno scoperto i ricercatori dei Sandia National Laboratories Matthew Lane e Gary Grest.
In un articolo di copertina la scorsa estate in Lettere di revisione fisica , i ricercatori utilizzano simulazioni di dinamica molecolare per dimostrare che i rivestimenti semplici non sono in grado di coprire completamente ogni nanoparticella sferica in un set.
Anziché, perché il diametro di una particella può essere inferiore allo spessore del rivestimento che la protegge, la curvatura della superficie della particella mentre si allontana rapidamente dal rivestimento attaccato provoca la formazione di una serie di lamelle piuttosto che di una solida parete protettiva (vedi illustrazione).
“Sappiamo da tempo che le nanoparticelle sono speciali, e che 'piccolo è diverso, '", ha detto Lane. “Ciò che abbiamo dimostrato è che questa regola generale per la nanotecnologia si applica al modo in cui rivestiamo le particelle, anche."
Carlos Gutiérrez, responsabile del Dipartimento di Scienze delle Superfici e delle Interfacce di Sandia, disse, “È risaputo che l'aggregazione di nanoparticelle in sospensione è attualmente un ostacolo al loro uso commerciale e industriale. Le simulazioni mostrano che anche i rivestimenti applicati in modo completo e uniforme alle nanoparticelle sferiche sono significativamente distorti nell'interfaccia vapore acqueo».
Ha detto Grest, "Non vuoi l'aggregazione perché vuoi che le particelle rimangano distribuite in tutto il prodotto per ottenere l'uniformità. Se hai particelle di, dire, micron, devi rivestirli o caricarli elettricamente in modo che le particelle non si attacchino tra loro. Ma quando le particelle diventano piccole e i rivestimenti diventano di dimensioni paragonabili alle particelle, le forme che formano sono asimmetriche piuttosto che sferiche. Le particelle sferiche si mantengono a distanza; le particelle asimmetriche possono attaccarsi l'una all'altra.”
La scoperta della simulazione non è necessariamente una cosa negativa, per questo motivo:sebbene ogni particella sia rivestita in modo asimmetrico, l'asimmetria è consistente per ogni dato insieme. detto in un altro modo, tutti i set nanoscopici rivestiti sono asimmetrici a modo loro.
Un prevedibile, la variazione identica che si verifica in ogni membro di un nanoset potrebbe aprire le porte a nuove applicazioni.
"Quello che abbiamo fatto qui è mettere un grande cartello di 'vicolo cieco' per impedire ai ricercatori di perdere tempo a percorrere la strada sbagliata, "Lane ha detto. “L'aumento della densità superficiale del rivestimento o della sua lunghezza della catena molecolare non migliorerà i rivestimenti irregolari, come farebbe per le particelle più grandi. Ma ci sono numerosi altri possibili percorsi verso nuovi risultati quando puoi controllare la forma dell'aggregazione".
