(PhysOrg.com):un método relativamente rápido técnica fácil y económica para inducir nanobarras (nanocristales semiconductores en forma de varilla) para autoensamblarse en uno, Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) ha desarrollado estructuras macroscópicas bidimensionales e incluso tridimensionales. Esta técnica debería permitir un uso más eficaz de nanobarras en las células solares, sensores y dispositivos de almacenamiento magnético. También debería ayudar a mejorar las propiedades eléctricas y mecánicas de los compuestos de nanobarras y polímeros.

Liderando este proyecto estaba Ting Xu, un científico de polímeros que tiene nombramientos conjuntos con la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y los Departamentos de Ciencias e Ingeniería de Materiales de Berkeley de la Universidad de California (UC), y Química. Xu y su grupo de investigación utilizaron copolímeros de bloque (secuencias largas o "bloques" de un tipo de monómero unido a bloques de otro tipo de monómero) como plataforma para guiar el autoensamblaje de nanobarras en estructuras complejas y patrones jerárquicos. Los copolímeros de bloque tienen una capacidad innata para autoensamblarse en matrices bien definidas de estructuras de tamaño nanométrico sobre distancias macroscópicas.

"La nuestra es una técnica simple y versátil para controlar la orientación de nanobarras dentro de copolímeros de bloque, "Dice Xu." Al variar la morfología de los copolímeros de bloque y la naturaleza química de las nanovarillas, podemos proporcionar el autoensamblaje controlado en nanobarras y nanocompuestos basados ​​en nanobarras que es fundamental para su uso en la fabricación de dispositivos ópticos y electrónicos ".

Xu es el autor correspondiente de un artículo que describe esta investigación que ha sido publicado en la revista Nano letras bajo el título "Ensamblaje directo de nanovarillas usando supramoléculas basadas en copolímeros de bloque". Los coautores del artículo fueron Kari Thorkelsson, Alexander Mastroianni y Peter Ercius.

Las nanovarillas, partículas de materia mil veces más pequeñas que las de las microtecnologías actuales, exhiben elementos ópticos muy codiciados. propiedades electrónicas y de otro tipo que no se encuentran en materiales macroscópicos. Para realizar plenamente su vasta promesa tecnológica, sin embargo, las nanovarillas deben poder ensamblarse en estructuras complejas y patrones jerárquicos, similar a lo que la naturaleza logra habitualmente con las proteínas.

Xu y su grupo de investigación reclutaron por primera vez los copolímeros de bloque como aliados en este esfuerzo de autoensamblaje en 2009, trabajando con las nanopartículas esféricas comúnmente conocidas como puntos cuánticos. En ese estudio, azotaron puntos cuánticos para bloquear copolímeros a través de un "mediador" de pequeñas moléculas adhesivas. En este último desarrollo, Xu y su grupo nuevamente hicieron uso de moléculas adhesivas, pero esta vez para mediar entre las nanovarillas y las supramoléculas de los copolímeros de bloque. Una supramolécula es un grupo de moléculas que actúan como una sola molécula capaz de realizar un conjunto específico de funciones.

"Las supramoléculas de copolímeros de bloque se autoensamblan y forman una amplia gama de morfologías que presentan microdominios que suelen tener un tamaño de unos pocos a decenas de nanómetros, ", Dice Xu." Como su tamaño es comparable al de las nanopartículas, los microdominios de las supramoléculas de copolímeros de bloque proporcionan un marco estructural ideal para el ensamblaje conjunto de nanobarras ".

Xu y su grupo incorporan nanobarras en soluciones de supramoléculas de copolímero de bloque que forman esferas esféricas, microdominios cilíndricos y lamelares. Durante el proceso de secado, se aporta energía al sistema a partir de las interacciones entre los ligandos de nanovarillas y los polímeros, la entropía asociada con la deformación de la cadena del polímero tras la incorporación de la nanovarilla, y las interacciones entre nanovarillas individuales. Xu y su grupo observaron que estas contribuciones energéticas determinan la ubicación y distribución de las nanovarillas, así como la morfología general de los compuestos de copolímeros de bloques de nanobarras. Estas contribuciones energéticas se pueden ajustar fácilmente variando la morfología supramolecular, lo cual se logra simplemente uniendo diferentes tipos de moléculas pequeñas a las cadenas laterales de los copolímeros de bloque.

"Podemos acceder fácilmente a una amplia biblioteca de ensamblajes de nanobarras que incluyen matrices de nanobarras alineadas en paralelo a microdominios cilíndricos de copolímero en bloque, redes continuas de nanobarras, y racimos de nanovarillas, "Dice Xu." Dado que la alineación macroscópica de los microdominios de copolímeros de bloque se puede obtener a granel y en películas delgadas mediante la aplicación de campos externos, nuestra técnica debería abrir una ruta viable para manipular las alineaciones macroscópicas de nanobarras ".

Esta nueva técnica puede producir matrices ordenadas de nanobarras que se alinean macroscópicamente con distancias ajustables entre varillas individuales, una morfología que se presta a la producción de plasmónicos, que son materiales muy prometedores para las computadoras ultrarrápidas, microscopios ópticos ultrapotentes, e incluso la creación de alfombras invisibles. También es una técnica sencilla de autoensamblaje de nanopartículas que puede producir una red continua de nanobarras con distancias de separación nanoscópicas. Estas redes pueden mejorar las propiedades macroscópicas de los nanocompuestos, incluida la conductividad eléctrica y la resistencia del material.

Xu atribuye gran parte del éxito de esta investigación a las capacidades excepcionales y al personal del Centro Nacional de Microscopía Electrónica (NCEM), una instalación de usuario nacional del DOE en Berkeley Lab, que alberga los microscopios electrónicos más potentes del mundo.

"Para el estudio de conjuntos de nanobarras tridimensionales, necesitábamos implementar una tomografía de alta resolución y esto planteaba un desafío no solo para recopilar los datos de imágenes sino también para procesarlos, "Dice Xu." La experiencia y la habilidad de Peter Ercius de NCEM fue invaluable ".

Xu y su grupo ahora están investigando el autoensamblaje de nanocristales semiconductores que toman la forma de cubos o tetrápodos. ambos tienen importantes aplicaciones potenciales para la fotovoltaica y otras tecnologías.

"También nos gustaría investigar el autoensamblaje de nanopartículas en combinaciones de diferentes formas, "Dice Xu.