p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) Berkeley dirigiram a primeira automontagem de nanopartículas em materiais prontos para dispositivos. Por meio de uma técnica relativamente fácil e barata baseada na mistura de nanopartículas com supramoléculas de copolímero em bloco, os pesquisadores produziram várias camadas de filmes finos a partir de uma altamente ordenada, arranjos bidimensionais e tridimensionais de nanopartículas de ouro. Filmes finos como esses têm aplicações potenciais para uma ampla gama de campos, incluindo armazenamento de memória de computador, colheita de energia, armazenamento de energia, sensoriamento remoto, catálise, gerenciamento de luz e o novo campo emergente da plasmônica. p "Demonstramos uma abordagem supramolecular simples, mas versátil, para controlar a organização espacial 3-D de nanopartículas com precisão de partícula única em distâncias macroscópicas em filmes finos, "diz o cientista de polímeros Ting Xu, quem liderou esta pesquisa. "Embora os filmes finos de ouro que fizemos fossem do tamanho de bolachas, a técnica pode facilmente produzir filmes muito maiores, e pode ser usado em nanopartículas de muitos outros materiais além do ouro. "

p Xu tem nomeações conjuntas com a Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e os Departamentos de Ciências e Engenharia de Materiais da UC Berkeley, e Química. Ela é a autora correspondente de um artigo que descreve esta pesquisa na revista Nano Letras intitulado "Nanoparticle Assemblies in Thin Films of Supramolecular Nanocomposites." O co-autor do artigo foi Joseph Kao, Peter Bai, Vivian Chuang, Zhang Jiang e Peter Ercius.

p As nanopartículas podem ser pensadas como átomos artificiais com ótica única, propriedades elétricas e mecânicas. Se as nanopartículas podem ser persuadidas a se montarem rotineiramente em estruturas complexas e padrões hierárquicos, semelhante ao que a natureza faz com as proteínas, dispositivos mil vezes menores do que os das microtecnologias atuais poderiam ser produzidos em massa.

p Xu e seu grupo de pesquisa têm avançado em direção a esse objetivo na última década. Em um estudo no início deste ano, eles foram capazes de induzir nanocristais semicondutores em forma de haste a se automontarem em um, estruturas macroscópicas bidimensionais e até tridimensionais. Com esta aplicação mais recente de seus métodos para filmes finos, eles mudaram para o reino das formas materiais que são necessárias para a fabricação de dispositivos e são adequados para nanofabricação escalável.

p "Esta é a primeira vez que a montagem de nanopartículas 2-D, semelhantes aos obtidos usando ligantes de DNA e evaporação controlada de solvente, pode ser claramente alcançado em camadas múltiplas em filmes finos de nanocompósitos à base de supramoléculas, "Xu diz." Nossa abordagem supramolecular não requer modificação química em nenhum dos componentes do sistema composto e, além de fornecer um meio de construir dispositivos baseados em nanopartículas, deve também fornecer uma plataforma poderosa para estudar as correlações estrutura-propriedade das nanopartículas. "

p A técnica desenvolvida por Xu e seus colegas usa soluções de supramoléculas de co-polímero em bloco para direcionar a automontagem de nanopartículas. Uma supramolécula é um grupo de moléculas que atuam como uma única molécula capaz de desempenhar um conjunto específico de funções. Os copolímeros em bloco são sequências longas ou "blocos" de um tipo de monômero ligado a blocos de outro tipo de monômero que têm uma capacidade inata de se automontar em arranjos bem definidos de estruturas nanométricas em distâncias macroscópicas.

p "As supramoléculas de copolímero em bloco se auto-montam e formam uma ampla gama de morfologias que apresentam microdomínios tipicamente de alguns a dezenas de nanômetros de tamanho, "Xu diz." Como seu tamanho é comparável ao das nanopartículas, os microdomínios de supramoléculas de copolímero em bloco fornecem uma estrutura estrutural ideal para a co-montagem de nanopartículas. "

p Neste último estudo, Xu e seus colegas incorporaram nanopartículas de ouro em soluções de supramoléculas de copolímero em bloco para formar filmes que variaram em espessura entre 100 e 200 nanômetros. Os filmes nanocompósitos apresentam microdomínios em uma das duas morfologias comuns - lamelar ou cilíndrico. Para os microdomínios lamelares, as nanopartículas formaram folhas 2-D hexagonalmente empacotadas que foram empilhadas em várias camadas paralelas à superfície. Para os microdomínios cilíndricos, as nanopartículas formaram cadeias 1-D (largura de partícula única) que foram empacotadas em redes hexagonais distorcidas em orientação paralela com a superfície.

p "Após a incorporação de nanopartículas, as supramoléculas de copolímero em bloco experimentam mudanças conformacionais, resultando em entropia que determina a colocação e distribuição das nanopartículas, bem como a morfologia geral dos filmes finos de nanocompósitos, "Xu diz." Nossos resultados indicam que deve ser possível gerar redes altamente ordenadas de nanopartículas dentro de microdomínios de copolímero em bloco e obter montagens hierárquicas 3-D de nanopartículas com controle estrutural preciso. "

p A distância interpartículas entre as nanopartículas de ouro nas cadeias 1-D e as folhas 2-D foi de 8 a 10 nanômetros, que levanta possibilidades intrigantes com relação à plasmônica, o fenômeno pelo qual um feixe de luz é confinado em espaços ultra-apertados. A tecnologia plasmônica é uma grande promessa para computadores super rápidos e microscopia óptica, entre outras aplicações. Contudo, um grande desafio para o desenvolvimento de plasmônicos tem sido a dificuldade de fabricar metamateriais com nanopartículas de metais nobres, como ouro.

p "Nossos filmes finos de ouro exibem forte acoplamento plasmônico ao longo do espaçamento entre partículas nas cadeias 1-D e folhas 2-D, respectivamente, "Diz Xu." Devemos, portanto, ser capazes de usar esses filmes para investigar propriedades plasmônicas exclusivas para dispositivos eletrônicos e fotônicos de próxima geração. Nossa técnica supramolecular também pode ser usada para fabricar metamateriais plasmônicos. "