I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un progetto per comprendere e prevedere le proprietà e il comportamento di nanoparticelle complesse e ottimizzarne l'uso per un'ampia gamma di applicazioni scientifiche. Questi includono catalisi, optoelettronica, transistor, bio-immagine, e stoccaggio e conversione dell'energia.

Recenti risultati della ricerca hanno consentito con successo la sintesi, o creazione, di un'ampia varietà di nanoparticelle polielementali, strutture con fino a otto elementi diversi. Però, c'è ancora una comprensione limitata di come la disposizione delle fasi all'interno di queste strutture influisca sulle loro proprietà e su come interfacce specifiche (la superficie comune tra strutture legate, chiamate eterostrutture) possono essere progettate e sintetizzate in modo ottimale.

"Poiché lo spazio combinatorio delle miscele è quasi infinito, con miliardi di possibilità, prevedere e comprendere come possono essere stabilite classi specifiche di interfacce in una singola particella è fondamentale per la progettazione di nanostrutture nuove e funzionali e, in definitiva, ottimizzando le loro proprietà per varie applicazioni scientifiche, " ha detto Chad A. Mirkin, il professore di chimica George B. Rathmann al Weinberg College of Arts and Sciences e il direttore dell'International Institute for Nanotechnology alla Northwestern, che ha condotto la ricerca.

Nello studio, i ricercatori hanno utilizzato la litografia a copolimero a blocchi di sonda a scansione (SPBCL), inventato e sviluppato alla Northwestern da Mirkin, costruire una nuova libreria di nanoparticelle polielementali eterostrutturate contenenti fino a sette metalli diversi.

La ricerca sarà pubblicata nel numero del 1° marzo della rivista Scienza .

"Abbiamo usato strumenti di calcolo, come la teoria del funzionale della densità, per calcolare le energie di interfaccia tra le fasi, così come le energie di superficie, e li ha combinati in un'energia complessiva di nanoparticelle, " ha detto Chris Wolverton, il Jerome B. Cohen Professore di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la McCormick School of Engineering della Northwestern. "Quello che abbiamo scoperto è che le morfologie osservate hanno ridotto al minimo le energie calcolate. Di conseguenza, ora abbiamo uno strumento per prevedere e comprendere questi tipi di disposizioni di fase nelle nanoparticelle".

Wolverton è un coautore dello studio.

"Il nostro contributo consente la sintesi di numerose tipologie di interfacce, fornendo un vasto parco giochi per esplorare le loro proprietà e fenomeni, come nuovi catalizzatori e nanostrutture che emettono luce, per scopi utili, ", ha affermato il co-autore Vinayak Dravid. È Abraham Harris Professor of Materials Science and Engineering e direttore dell'Atomic and Nanoscale Characterization Experimental Center (NUANCE) presso la Northwestern.