Des chercheurs de la Northwestern University ont développé un plan pour comprendre et prédire les propriétés et le comportement des nanoparticules complexes et optimiser leur utilisation pour un large éventail d'applications scientifiques. Il s'agit notamment de la catalyse, optoélectronique, transistor, bio-imagerie, et le stockage et la conversion d'énergie.

Des résultats de recherche récents ont permis avec succès la synthèse, ou création, d'une grande variété de nanoparticules polyélémentaires - des structures contenant jusqu'à huit éléments différents. Cependant, il y a encore une compréhension limitée de la façon dont la disposition des phases au sein de ces structures affecte leurs propriétés et comment les interfaces spécifiques (la surface commune entre les structures liées, appelées hétérostructures) peuvent être conçues et synthétisées de manière optimale.

"Comme l'espace combinatoire des mélanges est presque infini, avec des milliards de possibilités, prédire et comprendre comment des classes spécifiques d'interfaces peuvent être établies dans une seule particule est crucial pour la conception de nanostructures nouvelles et fonctionnelles et, finalement, optimiser leurs propriétés pour diverses applications scientifiques, " a déclaré Chad A. Mirkin, le professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences et le directeur de l'Institut international de nanotechnologie à Northwestern, qui a dirigé la recherche.

Dans l'étude, les chercheurs ont utilisé la lithographie de copolymère séquencé par sonde à balayage (SPBCL), inventé et développé à Northwestern par Mirkin, pour construire une nouvelle bibliothèque de nanoparticules hétérostructurées polyélémentaires contenant jusqu'à sept métaux différents.

La recherche sera publiée dans le numéro du 1er mars de la revue Science .

"Nous avons utilisé des outils de calcul, comme la théorie de la fonctionnelle de la densité, pour calculer les énergies interfaciales entre phases, ainsi que les énergies de surface, et combinés en une énergie globale de nanoparticules, " a déclaré Chris Wolverton, le professeur Jerome B. Cohen de science et génie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern. "Ce que nous avons trouvé, c'est que les morphologies observées minimisaient les énergies calculées. En conséquence, nous avons maintenant un outil pour prédire et comprendre ces types d'arrangements de phases dans les nanoparticules."

Wolverton est co-auteur de l'étude.

"Notre contribution permet la synthèse de nombreux types d'interfaces, fournir un vaste terrain de jeu pour explorer leurs propriétés et phénomènes, tels que les nouveaux catalyseurs et les nanostructures électroluminescentes, à des fins utiles, " a déclaré le co-auteur Vinayak Dravid. Il est professeur Abraham Harris de science et d'ingénierie des matériaux et directeur du Centre expérimental de caractérisation atomique et nanométrique (NUANCE) à Northwestern.