La messa a punto della struttura del materiale a livello di nanoscala può essere davvero difficile da ottenere, ma se avessimo piccole particelle, che si assemblano da sole, creare la struttura richiesta? Presso la Vienna University of Technology (TU Wien), il fenomeno dell'autoassemblaggio è oggetto di studio studiando particelle di carica disomogenea. A seconda dei diversi parametri, possono formare strutture gelatinose o cristalline. Questo tipo di autoassemblaggio è molto promettente per la nanotecnologia.

Microparticelle con superfici appositamente strutturate

Emanuela Bianchi è una scienziata nel gruppo di ricerca del Prof. Gerhard Kahls presso l'Istituto di Fisica Teorica dell'Università di Tecnologia di Vienna. Nelle sue simulazioni al computer, riproduce il comportamento di particelle non più grandi di pochi micrometri – paragonabili a virus o piccoli batteri. È particolarmente interessata alle nanoparticelle con una superficie complicata, costituito da diversi tipi di cerotti distinti da diverse proprietà fisiche.

Il lavoro recente (finanziato tramite un Elise Richter Fellowhip dalla FWF) si è concentrato su particelle con regioni superficiali di carica disomogenea:la maggior parte delle particelle porta carica elettrica negativa, ma le regioni polari sopra e sotto la particella sono cariche positivamente. "A causa del fatto che cariche uguali si respingono mentre cariche opposte si attraggono, "dice Emanuela Bianchi, "le nostre particelle tendono ad allinearsi in modo tale che il polo di una particella punti verso l'equatore dell'altra." Ma quando molte di queste particelle interagiscono, le cose si complicano.

Le simulazioni al computer sono state ora in grado di mostrare come si comportano queste particelle quando sono intrappolate tra due piani in modo che debbano allinearsi in strutture quasi bidimensionali. I risultati hanno mostrato che ci sono diverse configurazioni possibili:a volte le particelle sono strettamente impacchettate in una semplice struttura esagonale, che è ben noto dai cristalli. Qualche volta, emergono strutture gelatinose meno ordinate, con anelli interconnessi di cinque o sei particelle.

"Con il nostro modello, possiamo scoprire quali parametri determinano la struttura emergente, " dice Emanuela Bianchi. La dimensione delle placche polari caricate positivamente gioca un ruolo particolarmente importante. Le sfere su cui il confine tra carica negativa e positiva è a 45 gradi di latitudine creano strutture molto più ordinate rispetto alle particelle su cui questo confine è più vicino al polo , a 60 gradi. Il risultato può anche essere influenzato regolando la carica elettrica della piastra del pavimento su cui poggiano le particelle, un parametro che è molto facile da controllare in un esperimento. Tale parametro controlla la dimensione degli aggregati e può anche essere responsabile di una completa soppressione dell'aggregazione delle particelle.

Materiali con proprietà personalizzate

Comprendere l'autoassemblaggio delle microparticelle apre le porte alla progettazione di particelle che formano automaticamente strutture su misura. A seconda dell'allineamento microscopico delle particelle, creano tipi di superficie con densità diverse e risposte diverse agli stimoli esterni (es. campi elettromagnetici). Ciò significa che le strutture autoassemblate potrebbero essere utilizzate, ad esempio, per creare filtri con porosità regolabile. "Soprattutto per le applicazioni biomediche, questo potrebbe avere molte possibili applicazioni, "dice Emanuela Bianchi.