Американские ученые разработали способ управлять сборкой наночастиц в новые материалы. Вместо жестких молекулярных связей, которые традиционно использовались для соединения частиц, команда применила гибкие полимерные цепочки. Такой подход позволяет формировать необычные структуры и настраивать свойства будущего материала.
Наночастицы могут служить строительными блоками для материалов с заданными характеристиками. Их используют в исследованиях, связанных с медициной, хранением энергии, электроникой и другими областями. Однако объединить отдельные частицы в крупные упорядоченные структуры непросто: от способа их соединения зависят плотность, геометрия и свойства полученного материала.
Ранее для этого применяли жесткие молекулярные связки — лиганды. Они удерживали частицы под определенными углами и помогали формировать плотные структуры. Но такой подход ограничивал разнообразие возможных конфигураций, а создание связок под каждую новую конструкцию требовало сложной химической настройки.
Исследователи решили использовать противоположный принцип. Они разработали гибкие полимерные цепочки с электрически заряженными концами. Участки с противоположными зарядами притягиваются, поэтому цепочки могут изгибаться и растягиваться, соединяя соседние наночастицы. По мере сближения частиц связки самостоятельно меняют конфигурацию и формируют устойчивые соединения.
Степень гибкости цепочек, размеры наночастиц и длину полимерных связок можно менять. Благодаря этому исследователи получили возможность управлять количеством соседних частиц, с которыми соединяется каждый элемент. Команде также удалось собрать кристаллические структуры, которые ранее не наблюдались в подобных системах.
Менее плотная упаковка наночастиц открывает дополнительные возможности для создания материалов с заданными свойствами. Например, такие структуры могут пригодиться в фотонике, где важно управлять распространением света, в катализаторах для химических реакций и в гидрогелях для адресной доставки лекарств.
Авторы считают, что гибкие связки могут упростить разработку и масштабирование материалов с заранее заданной структурой.
Читайте также: «РЕШЕТНЕВ» испытывает 10-метровое зеркало для космического телескопа «Миллиметрон»