Les matériaux synthétiques auto-assemblants s'assemblent lorsqu'ils sont minuscules, des blocs de construction uniformes interagissent et forment une structure. Cependant, la nature permet à des matériaux comme des protéines de taille et de forme variables de s'assembler, permettant des architectures complexes pouvant gérer plusieurs tâches.

Les ingénieurs de l'Université de l'Illinois ont examiné de plus près la façon dont les particules synthétiques non uniformes s'assemblent et ont été surpris de constater que cela se produit en plusieurs phases, ouvrant la porte à de nouveaux matériaux reconfigurables pour une utilisation dans des technologies telles que les cellules solaires et la catalyse.

Les résultats sont rapportés dans le journal Communication Nature .

"L'auto-assemblage traditionnel peut être considéré comme une épicerie empilant des pommes pour un affichage dans la section des produits, " a déclaré Qian Chen, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et auteur principal de la nouvelle étude. "Ils auraient besoin de travailler avec des pommes de taille et de forme similaires - ou des particules dans le cas de l'auto-assemblage - pour rendre la structure solide."

Dans la nouvelle étude, Le groupe de Chen a observé le comportement de microplaques d'argent de tailles variées et d'épaisseurs nanométriques dans les liquides. Parce que les particules utilisées dans les matériaux d'auto-assemblage sont si petites, ils se comportent comme des atomes et des molécules, qui permettent aux chercheurs d'utiliser les théories classiques de la chimie et de la physique pour comprendre leur comportement, les chercheurs ont dit.

Les particules non uniformes se repoussent et s'attirent selon les lois de la nature en plaine, eau déminéralisée. Cependant, quand les chercheurs ajoutent du sel à l'eau, les forces électrostatiques changeantes déclenchent un processus d'assemblage en plusieurs étapes. Les particules non uniformes commencent à s'assembler pour former des colonnes de plaques d'argent empilées et s'assemblent ensuite en de plus en plus complexes, treillis hexagonaux tridimensionnels ordonnés, l'équipe a trouvé.

"Nous pouvons en fait observer les particules s'assembler dans cette hiérarchie à l'aide d'un microscope optique, " dit Binbin Luo, un étudiant diplômé en science et génie des matériaux et co-auteur de l'étude. "Par ici, nous pouvons suivre les mouvements des particules une par une et étudier la dynamique de l'assemblage en temps réel."

"Les résultats de cette étude peuvent permettre le développement de matériaux d'auto-assemblage reconfigurables, " a déclaré Ahyoung Kim, un étudiant diplômé en science et génie des matériaux et co-auteur de l'étude. "Ces matériaux peuvent changer d'un type de cristal solide à un autre type avec des propriétés différentes pour une variété d'applications."

"Un autre avantage de cette découverte est qu'elle peut être généralisée à d'autres types de systèmes, " dit Chen. " Si vous avez un autre type de nanoparticule, qu'elles soient magnétiques ou semi-conductrices, ce principe d'assemblage hiérarchique s'applique toujours, permettant encore plus de types de matériaux reconfigurables."