Una vista ingrandita rivela mesocristalli su scala nanometrica (riquadro) che iniziano ad assemblarsi e formare una struttura sopracristallina ordinata, vista in verde. Credito:Inna Soroka
Un team di ricerca del KTH Royal Institute of Technology e del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces riferisce di aver trovato la chiave per la fabbricazione controllata di mesocristalli di ossido di cerio. La ricerca rappresenta un passo avanti nella messa a punto di nanomateriali che possono servire a un'ampia gamma di usi, tra cui celle solari, catalizzatori di combustibili e persino medicinali.
I mesocristalli sono nanoparticelle con dimensioni, forma e orientamento cristallografico identici e possono essere utilizzati come elementi costitutivi per creare nanostrutture artificiali con proprietà ottiche, magnetiche o elettroniche personalizzate. In natura, queste strutture tridimensionali si trovano ad esempio nel corallo, nei ricci di mare e nella rosa del deserto di calcite. Ossido di cerio prodotto artificialmente (CeO2 ) i mesocristalli, o nanoceria, sono noti come catalizzatori, con proprietà antiossidanti che potrebbero essere utili nello sviluppo farmaceutico.
"Essere in grado di fabbricare CeO2 mesocristalli in modo controllato, è necessario comprendere il meccanismo di formazione di questi materiali", afferma Inna Soroka, ricercatrice in chimica fisica applicata al KTH. Dice che il team ha utilizzato la chimica delle radiazioni per rivelare per la prima volta il meccanismo di formazione dei mesocristalli di ceria.
A causa della loro complessità, la formazione del mesocristallo non segue lo stesso percorso dei cristalli ordinari, un processo chiamato maturazione di Ostwald, in cui le particelle più piccole in soluzione si dissolvono e si depositano su particelle più grandi.
I ricercatori hanno scoperto che una fase amorfa simile a un gel forma una matrice in cui le particelle primarie, di circa 3 nm di dimensione, si allineano tra loro, autoassemblandosi in mesocristalli con un diametro di 30 nm.
"Se il mesocristallo era una casa, questa fase amorfa gioca il ruolo del cemento che collega i mattoni allineati nei muri, dice il dottor Soroka.
Hanno anche scoperto che i mesocristalli possono ulteriormente auto-organizzarsi e formare sopracristalli, visibili ad occhio nudo. "Proprio come un architetto può progettare non una singola casa ma un intero quartiere con le case orientate in un certo modo a soddisfare i bisogni dei suoi abitanti", afferma.
Questa architettura gerarchica multi-livello di sopracristalli è un concetto interessante per la futura progettazione dei materiali, dice. "Le persone sono affascinate dalla varietà di strutture e forme complesse che si trovano in natura, come ricci di mare e coralli. E gli scienziati sono interessati a come funzionano i processi di cristallizzazione. Il nostro lavoro è un contributo a questa comprensione."
La ricerca è stata pubblicata in Angewandte Chemie International Edition . + Esplora ulteriormente
