Новый план обеспечивает понимание для прогнозирования и оптимизации сложных наночастиц

Исследователи из Северо-Западного университета создали план, чтобы понять и предсказать свойства и поведение сложных наночастиц и расширить их использование для широкого круга научных целей. К ним относятся оптоэлектроника, биоизображение, транзисторы, катализ, накопление и преобразование энергии.

Тетрафазная гетероструктурированная наночастица с шестью интерфазами. (Фото предоставлено Северо-Западным университетом)

Последние результаты исследования положительно позволили синтезировать или создавать широкий спектр полиэлементных наночастиц – структур, содержащих до восьми типов элементов. Тем не менее, все еще существует узкое понимание того, как фазовое расположение внутри этих структур влияет на их свойства и как конкретные поверхности раздела (общая поверхность между связанными структурами, известные как гетероструктуры) могут быть идеально спроектированы и изготовлены.

«Поскольку комбинаторное пространство смесей практически бесконечно, с миллиардами возможностей, предсказание и понимание того, как конкретные классы интерфейсов могут быть созданы в одной частице, имеют решающее значение для разработки новых и функциональных наноструктур и, в конечном итоге, для оптимизации их свойства для различного научного применения », – сказал Чад А. Миркин, профессор химии им. Джорджа Б. Ратмана в Колледже искусств и наук Вайнберга и директор Международного института нанотехнологий в Северо-Западном регионе, который возглавлял исследование.

В исследовании группа использовала сканирующую зондовую блок-сополимерную литографию (SPBCL), изобретенную и разработанную на северо-западе Миркиным, для создания новой библиотеки полиэлементных гетероструктурированных наночастиц, включающей до семи различных металлов.

Исследование было опубликовано в журнале Science 1 марта st .

Мы использовали вычислительные инструменты, такие как теория функционала плотности, для вычисления межфазных энергий между фазами, а также поверхностных энергий, и объединили их в общую энергию наночастиц. Мы обнаружили, что наблюдаемые морфологии сводят к минимуму рассчитанные энергии. В результате у нас теперь есть инструмент для прогнозирования и понимания этих типов фазового расположения в наночастицах.

Крис Вулвертон, профессор кафедры материаловедения и инженерии Джерома Б. Коэна, в Школе Маккормика, Северо-Западный университет.

Вулвертон является соавтором исследования.

«Наш вклад позволяет синтезировать многочисленные типы интерфейсов, предоставляя обширную игровую площадку для исследования их свойств и явлений, таких как новые катализаторы и светоизлучающие наноструктуры, для полезных целей», сказал автор Винаяк Дравид. Он является профессором материаловедения и инженерии им. Абрахама Харриса и директором Экспериментального центра по атомной и наноразмерной характеристике Северо-Западного университета (NUANCE).

Научная статья называется «Интерфейс и дизайн гетероструктуры в полиэлементных наночастицах». Пэн-Ченг Чен и Мохан Лю являются первыми авторами исследования.

Исследование поддержано Фондом Шермана Фэйрчайлда, Управлением научных исследований ВВС (премия FA9550-17-1-0348) и программой стипендий факультета Ванневара Буша, спонсируемой Офисом фундаментальных исследований помощника министра обороны. на научно-исследовательские работы и финансируется Управлением военно-морских исследований (грант N00014-15-1-0043).

Source link