(Phys.org)—Serendipity si è rivelato un ingrediente chiave per le ultime nanoparticelle scoperte alla Rice University. Le nuove particelle "punto di lava" sono state scoperte accidentalmente quando i ricercatori si sono imbattuti in un modo per utilizzare goccioline fuse di sale metallico per creare cavità, versioni rivestite di un fiocco nanotecnologico chiamato punti quantici.

I risultati appaiono online questa settimana sulla rivista Nanotecnologia . I ricercatori hanno anche scoperto che i punti di lava si dispongono in schemi equidistanti su superfici piane, grazie in parte a un rivestimento esterno morbido che può alterare la sua forma quando le particelle sono strettamente imballate.

"Stiamo esplorando il potenziale dell'utilizzo di queste particelle come catalizzatori per la produzione di idrogeno, come sensori chimici e come componenti di celle solari, ma il punto principale di questo articolo è come realizziamo questi materiali, " ha detto il co-autore Michael Wong, professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla Rice. "Abbiamo inventato questa tecnica di 'sintesi di goccioline fuse' e abbiamo scoperto che possiamo usare lo stesso processo per creare particelle cave di dimensioni nanometriche da diversi tipi di elementi. Il risultato è che questa scoperta riguarda un'intera famiglia di particelle piuttosto che una composizione specifica."

Come i loro cugini punto quantico, I punti di lava del riso possono essere fatti di semiconduttori come il seleniuro di cadmio e il solfuro di zinco.

Il laboratorio di Wong ha lavorato costantemente per migliorare la sintesi dei punti quantici per più di cinque anni. Nel 2007, Il team di Wong ha scoperto un modo più pulito ed economico per sintetizzare punti quantici a quattro zampe, particelle più piccole di una cellula vivente che sembrano minuscole versioni di jack per bambini. Questi "nanojack, " che sono anche chiamati tetrapodi quantistici, può essere utilizzato per raccogliere la luce solare in un nuovo tipo rivoluzionario di pannello solare.

Il passo chiave nella scoperta del 2007 è stato l'uso di un tensioattivo chiamato CTAB. Nel 2010 la studentessa laureata Rice Sravani Gullapalli stava tentando di perfezionare ulteriormente la sintesi del "nanojack" quando ha scoperto i punti di lava.

"Questa nuova chimica per creare i tetrapodi era abbastanza economica, ma stavamo cercando un modo ancora più economico, "Wong ha detto. "Sravani ha detto, "Liberiamoci di questo costoso tensioattivo al fosforo e vediamo cosa succede." Così ha fatto, e queste piccole cose sono appena saltate fuori dallo schermo del microscopio elettronico".

Wong ha ricordato la sorpresa iniziale della squadra. "Noi abbiamo detto, 'Che cosa sta succedendo qui? Come si passa dai nanojack a quattro zampe a queste palline?'"

Ha detto che la squadra ha impiegato più di un anno per decifrare l'insolito meccanismo di formazione che ha prodotto la cavità, particelle dal guscio morbido.

Per fare le particelle, Gullapalli ha aggiunto tre tipi di polvere solida:nitrato di cadmio, selenio e una piccola quantità di CTAB, in un solvente oleoso. Ha poi riscaldato lentamente la miscela mescolando. Il nitrato di cadmio si è sciolto per primo e ha formato minuscole nanogoccioline che non possono essere viste ad occhio nudo.

"Non succede nulla finché la temperatura continua a salire e il selenio non si scioglie, " ha detto Gullapalli. "Il selenio fuso poi avvolge la gocciolina di nitrato di cadmio, e il nitrato di cadmio si diffonde e lascia un buco dove una volta c'era la goccia."

Ha detto che il guscio di seleniuro di cadmio che circonda il foro è nanocristallino ed è avvolto in un guscio esterno morbido di selenio puro.

Quando Gullapalli esaminò i punti di lava con un microscopio elettronico a trasmissione, li ha trovati più grandi dei punti quantici standard, circa 15-20 nanometri di diametro. I fori avevano un diametro di circa 4-5 nanometri. Notò anche qualcosa di strano:quando erano seduti da soli apparivano intorno, e quando ben imballato, il guscio sembrava comprimersi, anche se i punti vicini non sono mai entrati in contatto effettivo tra loro.

"Questo è uno dei colpi di scena di questa strana chimica, " Ha detto Wong. "Il solvente forma il proprio tensioattivo durante questo processo. Il tensioattivo ricopre le particelle e impedisce loro di toccarsi, anche quando sono strettamente imballati insieme."

Il team di Wong in seguito ha scoperto che potrebbe usare il metodo della goccia fusa per creare punti di lava dal solfuro di zinco, solfuro di cadmio e seleniuro di zinco.

"Abbiamo scoperto che le particelle cave hanno incontrato e persino superato alcune metriche delle prestazioni dei punti quantici in un dispositivo di test delle celle solari, e stiamo continuando a esaminare come questi potrebbero essere utili, " Disse Gullapalli.