El autoensamblaje y cristalización de nanopartículas (NP) es generalmente un proceso complejo, basado en la evaporación o precipitación de bloques de construcción NP. Obtener supercristales de alta calidad es lento, dependiente de la formación y mantenimiento de condiciones de cristalización homogéneas. Estudios recientes han utilizado la presión aplicada como un método homogéneo para inducir diversas transformaciones estructurales y transiciones de fase en ensamblajes de nanopartículas pre-ordenados. Ahora, en un trabajo recientemente publicado en el Revista de letras de química física , Un equipo de investigadores alemanes que estudian soluciones de nanopartículas de oro recubiertas con ligandos basados ​​en poli (etilenglicol) (PEG) ha descubierto que se puede inducir la formación rápida de supercristales dentro de toda la suspensión.

Durante las últimas décadas, Ha habido un interés considerable en la formación de supercristales de nanopartículas (NP), que pueden exhibir propiedades sintonizables y colectivas que son diferentes de las de sus componentes, y que tienen aplicaciones potenciales en áreas como la óptica, electrónica, y plataformas de sensores. Si bien la formación de supercristales de alta calidad es normalmente un proceso lento y complejo, Investigaciones recientes han demostrado que la aplicación de presión puede inducir a las nanopartículas de oro a formar supercristales. Sobre la base de esto y del efecto establecido de las sales sobre la solubilidad de las nanopartículas de oro (AuNP) recubiertas con ligandos basados ​​en PEG, El Dr. Martin Schroer y su equipo llevaron a cabo una serie de experimentos para investigar el efecto de la presión variable sobre las nanopartículas de oro en soluciones acuosas. Hicieron una observación inesperada:cuando se agrega una sal a la solución, las nanopartículas cristalizan a una determinada presión. El diagrama de fase es muy sensible, y la cristalización se puede ajustar variando el tipo de sal añadida, y su concentración.

El equipo utilizó dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en la línea de luz I22 para estudiar la cristalización in situ con diferentes sales de cloruro (NaCl, KCl, RbCl, CsCl). Como explica el Dr. Schroer,

I22 es una de las pocas líneas de luz que ofrece un entorno de alta presión, y es inusual porque la configuración experimental es fácilmente administrada por los propios usuarios. El personal de la línea de luz es excelente, y estamos particularmente agradecidos por su experiencia en el procesamiento de datos, lo cual fue invaluable ".

El diagrama de fase de concentración de sal a presión resultante muestra que la cristalización es el resultado del efecto combinado de la sal y la presión sobre los revestimientos de PEG. La formación de supercristales ocurre solo a altas concentraciones de sal, y es reversible. El aumento de la concentración de sal conduce a una disminución continua de la presión de cristalización, mientras que la estructura reticular y el grado de cristalinidad son independientes del tipo y concentración de la sal.

Al alcanzar la presión de cristalización, se forman supercristales dentro de toda la suspensión; comprimir el líquido más da como resultado cambios de la constante de la red, pero no más cristalización o transiciones estructurales. Esta técnica debería ser aplicable a una variedad de nanomateriales, y los estudios futuros pueden revelar conocimientos sobre la formación de supercristales que ayudarán a comprender los procesos de cristalización y permitirán el desarrollo de métodos nuevos y más rápidos para la síntesis de supercristales NP.

La cristalización NP parece ser instantánea, pero en este conjunto de experimentos hubo un retraso de alrededor de 30 segundos entre la aplicación de la presión y la toma de las medidas SAXS. El Dr. Schroer y su equipo regresarán a Diamond a finales de este año para realizar estudios de resolución temporal para investigar más a fondo este fenómeno.