Al fine di creare nuove tecnologie di nanomateriali come l'illuminazione di nuova generazione, devono essere risolte le sfide fondamentali alla base della scienza e dell'ingegneria delle nanoparticelle. Per esempio, molte tecnologie proposte dipendono dall'organizzazione delle particelle in strati, chiamati film, che hanno una microstruttura precisa. Però, la fabbricazione di questi film è un'impresa impegnativa da realizzare perché è difficile controllare la struttura degli assemblaggi di nanoparticelle su scale micrometriche.

I ricercatori della Carnegie Mellon University hanno trovato una soluzione:le nanoparticelle possono essere organizzate in modo più prevedibile, modo organizzato quando modificato in superficie con catene polimeriche. Sfruttando le proprietà organizzative intrinseche dei legami polimerici, le nanoparticelle possono essere programmate per autoassemblarsi in una varietà di strutture di dominio di dimensioni micron in modo reversibile. Questi risultati sono stati pubblicati nel numero del 23 dicembre della rivista Progressi scientifici .

"Abbiamo dimostrato che è possibile controllare le interazioni tra gli elementi costitutivi delle nanoparticelle, e quindi ora hai la capacità di creare strutture molecolari con particelle che prima non erano possibili, ", afferma Michael Bockstaller, professore di scienza e ingegneria dei materiali della Carnegie Mellon University, un autore principale dello studio. I ricercatori hanno dimostrato questo nuovo approccio per un sistema di particelle modello che fungerà da banco di prova sintetico per una gamma di altri materiali di nanoparticelle. Questi materiali vengono studiati per applicazioni in una gamma di tecnologie dei nanomateriali.

"Nessuno è mai stato in grado di controllare le particelle in questo modo prima, quindi questa scoperta è molto interessante per un'ampia gamma di tecnologie dei materiali basate su nanoparticelle, " afferma Bockstaller. I nuovi risultati segnano un importante trampolino di lancio per migliorare l'efficienza di tecnologie come sensori e pannelli solari. Poiché queste tecnologie si basano sull'organizzazione delle particelle per propagare luce e calore, questa nuova scoperta ha il potenziale per cambiare radicalmente il modo in cui i materiali funzioneranno in futuro. Per esempio, Bockstaller spiega che un migliore controllo sull'organizzazione delle particelle fluorescenti chiamate materiali quantistici potrebbe portare a schermi televisivi e smartphone più luminosi e più efficienti dal punto di vista energetico.

Andando avanti, il team di ricerca ha in programma di esplorare l'organizzazione di nuovi sistemi di nanoparticelle, compresi i materiali a punti quantici. Il gruppo, che include il professore di chimica della Carnegie Mellon University Krzysztof Matyjaszewski, spera inoltre di estendere ulteriormente il livello di sofisticatezza nel controllo della morfologia e delle proprietà delle strutture di assemblaggio delle nanoparticelle.

"Questa ricerca fondamentale apre le porte per provare una serie completamente nuova di idee nel regno dei materiali a base di nanoparticelle, dai materiali fotonici a quelli luminescenti. Immagina se fossimo in grado di modificare dinamicamente le proprietà di questi materiali in modi definiti, " dice Bockstaller. "Con la nostra comprensione di come organizzare le particelle, speriamo di renderlo possibile in futuro".

Per maggiori informazioni, vedere il Progressi scientifici articolo:"Smistamento autonomo indotto da leganti polimerici e separazione di fase reversibile in miscele di particelle binarie".