Kaip iš nanodalelių sudėlioti superdalelę?

Kartais suvaldyti nanodalelių elgesį gali būti lygiai taip pat sudėtinga kaip bandyti susitvarkyti su grupele paauglių. Vis dėlto naujausiame darbe JAV Energijos departamento Argono nacionalinės laboratorijos mokslininkai pateikia įžvalgų, kaip gerinant dominančias nanodalelių elektronines savybes galima sukurti tvarkingus „superdalelių“ darinius.

„Reikia išlaikyti trapią pusiausvyrą, – pasakojimą pradeda Argono nacionalinės laboratorijos atstovas Bijongdu Li (Byeongdu Lee), vadovavęs superdalelių tyrimams, kurie buvo atlikti į pagalbą pasitelkus didelės energijos rentgeno spinduliuotę. – Jeigu traukiančioji Van der Valso jėga bus per stipri, visos nanodalelės kaipmat sulėks į krūvą ir gausime nemalonų betvarkės struktūros stiklą. Tačiau jeigu per stipri bus stumiančioji Kulono jėga, nanodalelės niekada nesudarys bendro darinio.“

Mičigano universiteto (JAV) bei Kinijos tyrėjai taip pat prisidėjo prie šio darbo.

Kaip teigia B. Li, bandymai surasti tinkamą jėgų balansą atsiremia į visą koloidinių tyrimų sritį. Tačiau netgi jeigu pavyksta pasiekti pusiausvyrą ir prasideda lėtas, pastovus superdalelės augimas, iki pat dabar mokslininkai galėjo disponuoti labai skurdžiu priemonių rinkiniu, kuris leistų valdyti auginamos superdalelės dydį. „Jeigu jums pavyktų traukos jėgą padaryti šiek tiek stipresnę už stūmos, išvystumėte kristalo augimą, tačiau neturėtume, kaip apriboti jo dydį“, – pasakoja mokslininkas.

Argono nacionalinės laboratorijos tyrėjai pabandė surasti būdą, kuris leistų superdalelei automatiškai sustabdyti savo augimą. Tokia sąlyga būtų galima, jeigu bendra traukos jėga, nukreipta į superdalelės vidų, viršytų bendrą traukos jėgą, kurią sukuria superdalelės pakraščius sudarančios nanodalelės – susidarytų vadinamoji „branduolio – apvalkalo“ morfologija.

Nors tokios morfologijos buvo stebėtos ankstesnių tyrimų metu, mokslininkai buvo sutelkę visą dėmesį į superdaleles, sudarytas iš monodispersinių nanodalelių, kurios, kaip, pavyzdžiui, stiklo rutuliukai, pasižymi tokia pačia forma ir dydžiu. „Kur kas paprasčiau sudėlioti atskirus klasterius į didesnes grupes, jeigu jie pasižymi bendromis savybėmis, – prideda B. Li. – Tai labai panašu į mokyklos struktūrą.“

Vis dėlto užuot ėmęsi monodispersinių dalelių, Argono nacionalinės laboratorijos tyrėjai nusprendė padirbėti su polidispersinėmis nanodalelėmis – su tokiomis, kurios pasižymi skirtingu dydžiu, mase ir forma. „Mūsų metodo privalumas yra tai, kad monodispersiškumas daugiau nėra būtinas. Galima sumaišyti du skirtingus komponentus, panašiai kaip metalą ir puslaidininkį, ir vis tiek bus gautas tos pačios rūšies valdomas ir save apribojantis darinys“.

Nors polidispersinių superdalelių tyrimai dar tik yra savo kūdikystėje, B. Li kartu su kolegomis mano, jog jų metodas gali būti pritaikytas daugybėje taikymo sričių – nuo optikos ir vaistų pernašos iki fotovoltinių elementų gamybos. „Kuomet dirbate nanotechnologijų srityje, turite paklausti „ar mes tai padarysime?“ dar prieš išsiaiškindami, kur šis atradimas galėtų praversti, – aiškina darbo specifiką mokslininkas. – Tikimės, kad tolesni tyrimai nustatys naujas atradimo, kurio dar iki galo neperpratome, subtilybes.“

Mokslininkų darbas publikuotas rugsėjo mėnesio prestižinio žurnalo „Nature Nanotechnology“ numeryje.