Scienziati dell'Università Friedrich Schiller di Jena e dell'Università Friedrich Alexander di Erlangen-Norimberga, entrambe tedesche, hanno sviluppato con successo nanomateriali utilizzando un cosiddetto approccio dal basso verso l'alto. Come riportato nella rivista ACS Nano , sfruttano il fatto che i cristalli spesso crescono in una direzione specifica durante la cristallizzazione. Queste nanostrutture risultanti potrebbero essere utilizzate in varie applicazioni tecnologiche.
"Le nostre strutture potrebbero essere descritte come aste simili a vermi con decorazioni", spiega il Prof. Felix Schacher. "In queste barre sono incorporate nanoparticelle sferiche; nel nostro caso si trattava di silice. Tuttavia, al posto della silice, potrebbero essere utilizzate anche nanoparticelle conduttive o semiconduttori, o anche miscele, che possono essere distribuite selettivamente nei nanocristalli utilizzando il nostro metodo", ha spiegato. aggiunge. Di conseguenza, la gamma di possibili applicazioni nel campo della scienza e della tecnologia è ampia e spazia dall'elaborazione delle informazioni alla catalisi.
"L'obiettivo principale di questo lavoro era comprendere il metodo di preparazione in quanto tale", spiega il chimico. Per produrre nanostrutture, spiega, ci sono due approcci diversi:le particelle più grandi vengono macinate fino a dimensioni nanometriche, oppure le strutture vengono costruite da componenti più piccoli.
"Volevamo comprendere e controllare questo processo di costruzione", spiega Schacher. Per questo, il team ha utilizzato singole particelle di biossido di silicio, note come silice, e ha innestato molecole polimeriche simili a catene come una sorta di guscio.
"Si potrebbe immaginarlo come un capello su una sfera", spiega lo scienziato. Aggiunge:"Questi peli sono fatti di un materiale chiamato 'poli-(isopropil-ossazolina)'. Questa sostanza cristallizza quando viene riscaldata. E questa è l'idea del nostro metodo:i cristalli non crescono quasi mai contemporaneamente in tutte le direzioni, ma preferiscono una direzione particolare, nota come anisotropia. Pertanto, siamo stati in grado di far crescere deliberatamente le nostre nanostrutture."
Durante questo processo, il team ha scoperto un fenomeno intrigante. "Affinché il polimero cristallizzi, sono necessarie piccole quantità che non sono legate alla superficie delle particelle ma sono liberamente presenti nella soluzione di reazione, agendo come una sorta di colla. Abbiamo scoperto che le quantità necessarie sono così piccole che sono appena rilevabili . Ma sono necessari", aggiunge.
Schacher è particolarmente entusiasta della collaborazione unica che ha reso possibile questa ricerca. "Senza l'eccellente collaborazione con il Prof. Michael Engel dell'Università di Erlangen, questo lavoro non sarebbe stato portato a termine", sottolinea lo scienziato di Jena.
"Con l'aiuto di simulazioni al computer che hanno rappresentato il comportamento su più scale, siamo stati in grado di risolvere in modo complesso i complessi processi molecolari alla base della formazione delle nanostrutture. Questa è stata una sfida entusiasmante", aggiunge Engel.
Entrambi gli scienziati concludono:"Abbiamo avuto l'opportunità di partecipare insieme a un programma del Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) presso l'Università della California a Santa Barbara all'inizio di quest'anno. Durante questo workshop, abbiamo scritto insieme questo manoscritto. Gli esperimenti sottostanti era stato ovviamente condotto in precedenza, in parte nell'ambito del centro di ricerca collaborativo TRR 234 "CataLight" finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca, ma l'atmosfera stimolante del workshop ci ha dato lo slancio necessario per completare il lavoro."
Ulteriori informazioni: Afshin Nabiyan et al, Autoassemblaggio di nanoparticelle ibride nucleo-guscio mediante cristallizzazione direzionale di polimeri innestati, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05461
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito da Friedrich-Schiller-Universität Jena
