Η ομάδα συνέθεσε νανοσωματίδια χρυσού επικαλυμμένα με δύο διαφορετικούς τύπους οργανικών μορίων
Ερευνητές στην Ιαπωνία διαπίστωσαν ότι τα νανοσωματίδια χρυσού (Au NPs) στη διεπιφάνεια αέρα/νερού μπορούν να αναδιοργανώνουν δυναμικά τη δομή τους ως απόκριση σε μεταβολές θερμοκρασίας και μηχανική συμπίεση.
Η ομάδα αποκάλυψε ότι μικρές αλλαγές στον τρόπο κατανομής των οργανικών μορίων στις επιφάνειες των νανοσωματιδίων μπορούν να προκαλέσουν μεγάλης κλίμακας δομικούς μετασχηματισμούς σε ολόκληρο το στρώμα νανοσωματιδίων.
«Αυτή η εργασία δείχνει πώς πολύ μικρές αλλαγές σε μοριακό επίπεδο μπορούν να οδηγήσουν σε δραματικούς δομικούς μετασχηματισμούς σε συστήματα νανοσωματιδίων», δήλωσε ο καθηγητής Kiyoshi Kanie από το SRIS του Πανεπιστημίου Tohoku.
«Πιστεύουμε ότι αυτό το εύρημα ανοίγει έναν νέο δρόμο για τον σχεδιασμό έξυπνων και προσαρμοστικών υλικών που ανταποκρίνονται δυναμικά στο περιβάλλον τους» συνέχισε ο ίδιος.
Τα νανοσωματίδια χρυσού παρουσίασαν «υγροειδή» συμπεριφορά
Οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι νανοσωματίδια χρυσού με θερμοευαίσθητους οργανικούς συνδέτες στην επιφάνειά τους παρουσίασαν «υγροειδή συμπεριφορά» που μεταβάλλει τη συνολική τους διάταξη στη διεπιφάνεια αέρα/νερού.
Η προσαρμοστική κίνηση των οργανικών συνδετών αλλάζει τη συμμετρία του σχήματος των σωματιδίων, οδηγώντας σε δυναμική αναδιοργάνωση από διατάξεις τύπου νησίδων σε διατάξεις τύπου δικτύου.
Σε ξηρά περιβάλλοντα, τα οργανικά μόρια που είναι προσκολλημένα στις επιφάνειες των νανοσωματιδίων συνήθως έχουν πολύ περιορισμένη κινητικότητα και οι δομικές αλλαγές απαιτούν συχνά θερμοκρασίες άνω των 100°C (212°F).
Για να ξεπεράσουν αυτή την πρόκληση, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στη διεπιφάνεια αέρα/νερού, όπου νανοσωματίδια επικαλυμμένα με υδρόφοβα μόρια συναρμολογούνται φυσικά σε δισδιάστατα στρώματα, σύμφωνα με δελτίο Τύπου.
Η ομάδα συνέθεσε νανοσωματίδια χρυσού επικαλυμμένα με δύο διαφορετικούς τύπους οργανικών μορίων: ένα θερμοευαίσθητο δενδριτικό υγροκρυσταλλικό μόριο γνωστό ως «dendron» και έναν απλό γραμμικής αλυσίδας συνδέτη.
Στη συνέχεια εξέτασαν πώς συμπεριφέρονταν αυτά τα νανοσωματίδια όταν αυξανόταν η θερμοκρασία και όταν το στρώμα νανοσωματιδίων υποβαλλόταν σε μηχανική συμπίεση, σύμφωνα πάλι με την ανακοίνωση.
Τα νανοσωματίδια σχημάτισαν απομονωμένες δομές τύπου νησίδων
Η ομάδα επισήμανε επίσης ότι παρατήρησε εξαιρετικά δυναμική, υγροειδή συμπεριφορά.
Σε θερμοκρασία δωματίου, τα νανοσωματίδια σχημάτιζαν απομονωμένες δομές τύπου νησίδων.
Καθώς η θερμοκρασία αυξανόταν, αυτές οι δομές μετασχηματίζονταν σταδιακά σε διατάξεις τύπου αλυσίδας και στη συνέχεια σε μεγάλα μοτίβα τύπου δικτύου περίπου στους 40°C (104°F).
Όταν το στρώμα συμπιεζόταν, οι δομές δικτύου επέστρεφαν σε περιοχές τύπου νησίδων.
Οι ερευνητές αποκάλυψαν επίσης ότι, χρησιμοποιώντας μετρήσεις ακτίνων Χ στην εγκατάσταση συγχρότρου DESY στο Αμβούργο, η ομάδα εντόπισε τον μηχανισμό πίσω από αυτή τη συμπεριφορά.
Οι δύο τύποι επιφανειακών μορίων ανακατανέμονταν αυθόρμητα στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων ως απόκριση σε εξωτερικά ερεθίσματα. Αυτό άλλαζε τη φαινομενική συμμετρία των νανοσωματιδίων, οδηγώντας στη μεγάλης κλίμακας αναδιοργάνωση ολόκληρης της διάταξης.
Η ερευνητική ομάδα έδειξε επίσης ότι η ανακατανομή συνδετών στα Au NPs προκαλεί αναδυόμενη ανισοτροπία στο σχήμα των νανοσωματιδίων, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε κατευθυντική αναδιοργάνωση των μονοστρωμάτων στη διεπιφάνεια.
Η εργασία, που δημοσιεύθηκε στο Journal of the American Chemical Society, καθιερώνει μια στρατηγική για τον σχεδιασμό θερμοευαίσθητων μονοστρωμάτων νανοσωματιδίων με ρυθμιζόμενη τοπολογία σε υγρές διεπιφάνειες και αναδεικνύει πώς ο περιορισμός στη διεπιφάνεια μεταβάλλει θεμελιωδώς τη συμπεριφορά συναρμολόγησης που διαμεσολαβείται από συνδέτες.
Οι ερευνητές αποκάλυψαν επίσης ότι όταν ανόργανα νανοσωματίδια ενώνονται, οι οπτικές, ηλεκτρονικές και μαγνητικές ιδιότητές τους εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τρόπο διάταξής τους.
Η δυνατότητα αναδιοργάνωσης αυτών των διατάξεων με ελεγχόμενο τρόπο θα μπορούσε επομένως να προσφέρει μια ισχυρή μέθοδο ρύθμισης των ιδιοτήτων των υλικών.
www.worldenergynews.gr
