p Uma equipe de pesquisa do PNNL descobriu que as forças atômicas consideradas "fracas" podem, na verdade, exercer mais controle do que se imagina. E essa nova descoberta, publicado em 25 de fevereiro na revista Nature Communications , poderia ajudar a prever melhor e, eventualmente, controlar a fabricação de materiais semicondutores usados ​​em eletrônicos e outras aplicações industriais. p Os cientistas de materiais Lili Liu e Elias Nakouzi lideraram uma equipe multidisciplinar que explorou a formação do óxido de zinco, uma substância incrivelmente versátil que é usada em uma variedade de produtos, de creme para assaduras a semicondutores. Embora a fórmula molecular (ZnO) permaneça a mesma, como as moléculas se alinham determina suas propriedades.

p "Tradicionalmente, acredita-se que o crescimento do cristal ocorra pela adição de átomos individuais, "disse Liu." Mas os cristais também podem crescer de outra maneira. Nanopartículas individuais podem se tornar os blocos de construção que se ligam umas às outras para formar um cristal maior. Isso é chamado de apego orientado, e estudamos como ele funciona durante o crescimento do óxido de zinco. "

p Os cientistas usaram uma combinação de microscopia eletrônica de transmissão de altíssima resolução e simulações matemáticas para explicar suas descobertas. A sinergia única entre essas ferramentas permitiu aos pesquisadores abordar o problema de vários ângulos.

p "As partículas são como mini-ímãs, com uma extremidade positiva e a outra negativa, formando o que é chamado de dipolo ", disse Nakouzi." Descobrimos que um fraco, A força motriz de longo alcance chamada de interação dipolo-dipolo pode alinhar as partículas em distâncias mais longas do que se pensava ser possível. Porque um dipolo age como um ímã, essa interação cria um torque que alinha as partículas. Então, quando eles se aproximam o suficiente, eles se encaixam no lugar. Este mecanismo não foi visualizado antes. "

p Para garantir sua confiança na observação, os cientistas otimizaram as concentrações de solvente e sal, o que evitou que os cristais das nanopartículas se dissolvessem e possibilitou a observação da fixação das partículas.

p A pesquisa fornece respostas a questões de longa data sobre os mecanismos de cristalização, cristalização especificamente não clássica por meio de fixação orientada. Sua natureza fundamental significa que não é imediatamente traduzível para o desenvolvimento de produtos ou aplicações tecnológicas, e as descobertas precisarão ser confirmadas em outros tipos de estruturas cristalinas, disse Nakouzi. Mas a cristalização fica na encruzilhada de vários problemas de pesquisa, e a equipe de pesquisa prevê a ampla importância desses resultados em aplicações de síntese de materiais e gerenciamento ambiental.

p "Abordagens para fazer materiais com base na montagem de nanopartículas têm um enorme potencial para alcançar propriedades novas ou melhoradas para uma ampla gama de aplicações de energia, desde energia solar a baterias e catalisadores, "disse James DeYoreo, um Battelle Fellow no PNNL e cientista sênior da equipe de pesquisa. "Uma compreensão de como o processo de montagem funciona e como pode ser controlado é fundamental para perceber esse potencial. Os resultados deste estudo revelam um dos principais controles na montagem de nanopartículas para uma importante classe de materiais semicondutores e sugerem uma abordagem simples para direcionar o processo."