Ученые и инженеры все лучше и лучше разрабатывают наночастицы, которые расщепляют воду с помощью солнечного света, диагностируют и лечат рак, а также решают другие важные проблемы. Многие из этих «дизайнерских» частиц должны включать в себя различные типы полупроводников, катализаторов, магнитов и других материалов, чтобы функционировать, при этом соблюдая строгие требования, касающиеся их размера и формы.«Синтез этих сложных частиц становится действительно сложной задачей, потому что каждая из этих частиц требует больших усилий для подготовки, а это не всегда практично», — сказал Шаак. «Мы хотели мыслить более модульно, чтобы упростить этот процесс».Исследователи начинают с того, что они называют частицами первого поколения, которые имеют размеры в нанометровом масштабе и по размеру похожи на вирусы.
Это простые, легкие в изготовлении сферы, стержни и пластины из сульфида меди, которые служат трамплином для более сложных производных. Эти частицы первого поколения определяют исходный размер и форму, и после замены части меди другими элементами, такими как кадмий и цинк, они превращаются в частицы второго поколения, которые теперь включают два материала.
Новый материал вырезан из части исходного сульфида меди, образуя различные типы линий или форм. Эти линии представляют стыки между двумя материалами, определяя каркасы внутри частиц и создавая двусторонние сферы, многослойные сферы, стержни с крышками, полосатые стержни, неоднородные пластины и мраморные пластины.
«Соединения привносят дополнительный элемент дизайна в таблицу», — сказал Шаак. «Здесь материалы внутри частиц связаны вместе на атомарном уровне, и это может привести к дополнительным функциям, потому что материалы теперь могут« разговаривать »друг с другом. Мы можем независимо настраивать внешнюю форму и размер частиц, материалы которые находятся внутри частиц, и способы, которыми они связаны ».
Все частицы второго поколения все еще содержат некоторое количество сульфида меди. Этот «оставшийся» сульфид меди также можно заменить, создавая частицы третьего поколения, которые сохраняют размер и форму первого поколения, а также переходы второго поколения, но при этом содержат совершенно другие материалы, чем исходные частицы первого поколения. Частицы более высокого поколения получают путем дальнейшего смешивания и сочетания различных технологий и материалов.
В конечном итоге исследователи легко создали библиотеку из 47 различных наночастиц из трех простых сфер, стержней и пластин первого поколения.Некоторые из частиц, созданных командой, являются одними из самых сложных на сегодняшний день, включая несимметричные частицы, частицы с отверстиями и выемками в них, а также частицы сложной формы. «Что самое захватывающее, так это то, насколько легко это работает.
Мы можем сесть и нарисовать картину действительно сложной частицы, которая была немыслима несколько месяцев назад, а затем пойти в лабораторию и сразу же сделать это. Это действительно набор инструментов дизайнера», — сказал он. — сказал Шаак.