Les capacités de protection d'un revêtement moléculaire à maillons de chaîne sont diminuées lorsque, au lieu de se fixer sur une surface plane pour former un mur ininterrompu (fig. 1), le rayon de la nanoparticule est si petit que la courbure de surface extrême ouvre des espaces entre les molécules protectrices (fig. 2). (Dessin avec l'aimable autorisation de Matt Lane, Laboratoires nationaux de Sandia)
(PhysOrg.com) - Il peut sembler évident que tremper des objets relativement sphériques dans une sauce - myrtilles dans du chocolat fondu, disons - se traduira par une gamme de baies complètement encapsulées.
S'appuyant sur ce concept, les fabricants de nanoparticules sphériques ont également trempé leurs marchandises dans des revêtements protecteurs, convaincus que de telles encapsulations empêcheraient l'agglutination et les interactions chimiques indésirables avec les solvants.
Malheureusement, les réactions dans le nanomonde ne sont pas des extensions logiques du macromonde, Les chercheurs de Sandia National Laboratories Matthew Lane et Gary Grest ont trouvé.
Dans un article de couverture l'été dernier dans Lettres d'examen physique , les chercheurs utilisent des simulations de dynamique moléculaire pour montrer que de simples revêtements sont incapables de recouvrir entièrement chaque nanoparticule sphérique d'un ensemble.
Au lieu, parce que le diamètre d'une particule peut être inférieur à l'épaisseur du revêtement qui la protège, la courbure de la surface de la particule lorsqu'elle s'éloigne rapidement de son revêtement attaché provoque la formation d'une série de persiennes plutôt que d'une paroi protectrice solide (voir illustration).
« Nous savons depuis un certain temps que les nanoparticules sont spéciales, et que 'petit est différent, '", a déclaré Lane. "Ce que nous avons montré, c'est que cette règle générale de la nanotechnologie s'applique à la façon dont nous enduisons les particules, aussi."
Carlos Gutiérrez, responsable du Département Sciences des Surfaces et Interfaces de Sandia, mentionné, « Il est bien connu que l'agrégation de nanoparticules en suspension est actuellement un obstacle à leur utilisation commerciale et industrielle. Les simulations montrent que même les revêtements entièrement et uniformément appliqués aux nanoparticules sphériques sont considérablement déformés à l'interface eau-vapeur.
dit Grest, « Vous ne voulez pas d'agrégation parce que vous voulez que les particules restent réparties dans tout le produit pour obtenir une uniformité. Si vous avez des particules de, dire, taille du micron, vous devez les enduire ou les charger électriquement pour que les particules ne collent pas ensemble. Mais lorsque les particules deviennent petites et que les revêtements deviennent comparables en taille aux particules, les formes qu'ils forment sont asymétriques plutôt que sphériques. Les particules sphériques gardent leur distance; les particules asymétriques peuvent se coller les unes aux autres.
Le résultat de la simulation n'est pas forcément une mauvaise chose, pour cette raison :bien que chaque particule soit enrobée de manière asymétrique, l'asymétrie est cohérente pour tout ensemble donné. Dit autrement, tous les ensembles nanoscopiques revêtus sont asymétriques à leur manière.
Un prévisible, une variation identique survenant dans chaque membre d'un nano-ensemble pourrait ouvrir la porte à de nouvelles applications.
"Ce que nous avons fait ici, c'est de mettre en place un grand panneau" impasse "pour empêcher les chercheurs de perdre du temps à s'engager dans la mauvaise voie, », a déclaré Lane. « L'augmentation de la densité de surface du revêtement ou de la longueur de sa chaîne moléculaire ne va pas améliorer les revêtements inégaux, comme il le ferait pour les particules plus grosses. Mais il existe de nombreuses autres voies possibles vers de nouveaux résultats lorsque vous pouvez contrôler la forme de l'agrégation. »
