Cela montre ce que les scientifiques de l'Université Rice ont découvert. Crédit :S. Gullapalli/Université du riz
(Phys.org) - La sérendipité s'est avérée être un ingrédient clé pour les dernières nanoparticules découvertes à l'Université Rice. Les nouvelles particules de "point de lave" ont été découvertes accidentellement lorsque les chercheurs sont tombés sur un moyen d'utiliser des gouttelettes fondues de sel métallique pour faire des creux, des versions enrobées d'une base nanotechnologique appelée points quantiques.
Les résultats paraissent en ligne cette semaine dans le journal Nanotechnologie . Les chercheurs ont également découvert que les points de lave se disposaient en motifs régulièrement espacés sur des surfaces planes, grâce en partie à un revêtement extérieur souple qui peut altérer sa forme lorsque les particules sont étroitement emballées.
"Nous explorons le potentiel d'utiliser ces particules comme catalyseurs pour la production d'hydrogène, comme capteurs chimiques et comme composants dans les cellules solaires, mais le point principal de cet article est de savoir comment nous fabriquons ces matériaux, " a déclaré le co-auteur Michael Wong, professeur de génie chimique et biomoléculaire à Rice. "Nous avons mis au point cette technique de" synthèse de gouttelettes en fusion "et avons découvert que nous pouvons utiliser le même processus pour fabriquer des particules creuses de taille nanométrique à partir de plusieurs types d'éléments. Le résultat est que cette découverte concerne toute une famille de particules plutôt que une composition spécifique."
Comme leurs cousins quantiques, Les points de lave de Rice peuvent être constitués de semi-conducteurs comme le séléniure de cadmium et le sulfure de zinc.
Le laboratoire de Wong travaille régulièrement pour améliorer la synthèse des points quantiques depuis plus de cinq ans. En 2007, L'équipe de Wong a découvert un moyen plus propre et moins cher de synthétiser des points quantiques à quatre pattes, des particules plus petites qu'une cellule vivante qui ressemblent à de minuscules versions de jacks pour enfants. Ces "nanojacks, " qui sont aussi appelés tétrapodes quantiques, peut être utilisé pour récolter la lumière du soleil dans un nouveau type révolutionnaire de panneau solaire.
L'étape clé de la découverte de 2007 a été l'utilisation d'un tensioactif appelé CTAB. En 2010, l'étudiante diplômée de Rice, Sravani Gullapalli, tentait d'affiner encore plus la synthèse du "nanojack" lorsqu'elle a découvert des points de lave.
Lorsqu'ils sont assis seuls, des points de lave apparaissent ronds, mais leurs coques extérieures molles s'aplatissent lorsqu'elles sont entassées les unes à côté des autres. Crédit :S. Gullapalli/Université du riz
"Cette nouvelle chimie pour fabriquer les tétrapodes était assez bon marché, mais nous cherchions un moyen encore moins cher, " dit Wong. " Sravani dit, « Débarrassons-nous de ce tensioactif au phosphore coûteux et voyons ce qui se passe. » Alors elle l'a fait, et ces petites choses sont apparues sur l'écran du microscope électronique."
Wong a rappelé la surprise initiale de l'équipe. "Nous l'avons dit, 'Qu'est-ce qui se passe ici? Comment passe-t-on des nanojacks à quatre pattes à ces petites boules ?'"
Il a dit qu'il a fallu plus d'un an à l'équipe pour déchiffrer le mécanisme de formation inhabituel qui a donné le creux, particules à carapace molle.
Pour faire les particules, Gullapalli a ajouté trois types de poudre solide :le nitrate de cadmium, du sélénium et une infime quantité de CTAB en un solvant huileux. Elle a ensuite chauffé lentement le mélange tout en remuant. Le nitrate de cadmium a fondu en premier et a formé de minuscules nanogouttelettes qui ne peuvent pas être vues à l'œil nu.
"Rien ne se passe jusqu'à ce que la température continue d'augmenter et que le sélénium fonde, " a déclaré Gullapalli. " Le sélénium fondu s'enroule ensuite autour de la gouttelette de nitrate de cadmium, et le nitrate de cadmium se diffuse et laisse un trou là où se trouvait autrefois la gouttelette."
Elle a déclaré que la coque de séléniure de cadmium entourant le trou est nanocristalline et est enveloppée dans une coque externe souple de sélénium pur.
Lorsque Gullapalli a examiné les points de lave avec un microscope électronique à transmission, elle les a trouvés plus gros que les points quantiques standards, environ 15-20 nanomètres de diamètre. Les trous avaient un diamètre d'environ 4 à 5 nanomètres. Elle remarqua aussi quelque chose de particulier :lorsqu'ils étaient assis seuls, ils semblaient ronds, et lorsqu'il est bien emballé, la coquille semblait se comprimer, même si les points voisins ne sont jamais entrés en contact réel les uns avec les autres.
"C'est l'un des rebondissements de cette étrange alchimie, " a déclaré Wong. "Le solvant forme son propre tensioactif au cours de ce processus. Le tensioactif enrobe les particules et les empêche de se toucher, même lorsqu'ils sont étroitement emballés ensemble."
L'équipe de Wong a découvert plus tard qu'elle pouvait utiliser la méthode des gouttelettes fondues pour fabriquer des points de lave à partir de sulfure de zinc, sulfure de cadmium et séléniure de zinc.
"Nous avons constaté que les particules creuses atteignaient et dépassaient même certaines mesures de performance des points quantiques dans un dispositif de test de cellules solaires, et nous continuons d'examiner comment ceux-ci pourraient être utiles, " a déclaré Gullapalli.
