Savitljive molekule na površini nanočestica omogućile su znanstvenicima da ih slože u kristalne strukture koje dosad nisu opažene. Tim u kojem sudjeluju istraživači MIT-a pokazao je da se raspored čestica može mijenjati prilagodbom njihove veličine i duljine molekularnih lanaca koji ih povezuju. Nastale su i rjeđe mreže, u kojima svaka čestica ima manje neposrednih susjeda.
Istraživanje je 2. studenoga objavljeno u časopisu Nature Materials. Autori su laboratorijske pokuse povezali s računalnim simulacijama kako bi objasnili kako se iz tih savitljivih spojeva razvija uređen raspored.
Molekularni lanci pronalaze mjesta spajanja
Površina nanočestica obložena je molekularnim lancima koji se nazivaju ligandima. Njihovi krajevi nose električni naboj: pozitivni i negativni krajevi privlače se, a savitljivi lanci mogu se prilagoditi položaju susjedne čestice.
Prema MIT-ovu opisu istraživanja, pokuse je vodio Nicholas Sbalbi iz skupine Roberta Macfarlanea. Umjesto da svakoj čestici unaprijed zadaju točno određena mjesta i smjerove povezivanja, istraživači su iskoristili sposobnost lanaca da se preraspodijele tijekom nastanka strukture. Mijenjanjem veličine čestica i duljine tih lanaca mogli su utjecati na to s koliko će se susjeda povezati.
Rjeđe mreže od onih koje tvore tvrde kugle
Kada je molekularna ovojnica dovoljno podatna, ligandi se okupljaju uz dodirna područja između čestica. Broj susjeda tada proizlazi iz načina na koji se ovojnice prilagode jedna drugoj. Autori to nazivaju spontanom valencijom: povezivanje se oblikuje tijekom slaganja, umjesto da ga unaprijed određuje krut raspored mjesta spajanja.
Takav sklop nanočestica naziva se superrešetkom. Pojedina čestica u njemu služi kao građevna jedinica, a kristalna struktura odnosi se na uređeni raspored velikog broja tih jedinica. Savitljivost ovojnice omogućila je manji koordinacijski broj, odnosno manje neposrednih susjeda oko svake čestice. Dobivene strukture imaju nižu gustoću pakiranja i manju simetriju od rasporeda karakterističnih za gusto složene tvrde kugle.
Oblik čestice zato nije dovoljan da bi se predvidjelo kako će se cijela skupina složiti. Važno je i koliko se njezin površinski sloj može preoblikovati pri dodiru s drugima.
U zasebnom istraživanju o kojem je Kozmos već pisao, zlatne nanočestice sačuvale su otiske naboja na kapljicama helija. Ondje su raspored određivali naboji koji se odbijaju na zakrivljenoj površini. Ovdje su presudni privlačenje suprotnih naboja i savitljivost lanaca, pa je riječ o drukčijem načinu nastanka uređenih struktura.
Od strukture do svojstava materijala
Na nanometarskoj skali veličina čestica može utjecati na električnu vodljivost, kemijsku reaktivnost i optička svojstva. Kako objašnjava američki Nacionalni ured za koordinaciju nanotehnologije, tako sitne čestice imaju velik udio atoma na površini. Veći dio materijala zato je izložen okolini i dostupan za kemijske reakcije. Ista tvar u obliku nanočestica može se zbog toga ponašati drukčije nego u većem komadu.
Autori novog rada među mogućim primjenama izdvajaju fotoniku, koja se bavi svjetlošću, i katalizu, odnosno ubrzavanje kemijskih reakcija. Zasad su pokazali kako savitljivim molekularnim ovojnicama dobiti nove rasporede nanočestica. Koje bi od tih struktura bile korisne u konkretnom uređaju ili kemijskom postupku, tek treba utvrditi mjerenjem njihovih svojstava.
