p Químicos da Universidade de Oregon estudando a estrutura de nanopartículas de ouro estabilizadas por ligante capturaram novos insights fundamentais sobre sua estabilidade. A informação, eles dizem, poderia ajudar a manter um desejado, propriedade integral em nanopartículas usadas em dispositivos eletrônicos, onde a estabilidade é importante, ou projetá-los para que se condensem prontamente em filmes finos para coisas como tintas ou catalisadores em dispositivos eletrônicos ou solares. p Em um projeto - detalhado na edição de 27 de novembro da Journal of Physical Chemistry C - estudante de doutorado Beverly L. Smith e James E. Hutchison, que detém a cadeira Lokey-Harrington em Química na UO, analisou como o tamanho das nanopartículas e moléculas em suas superfícies, chamados ligantes, influenciam a integridade estrutural sob temperaturas crescentes.

p Eles se concentraram em nanopartículas com menos de dois nanômetros de diâmetro - o menor estudado até agora - para entender melhor a estabilidade estrutural dessas partículas minúsculas sendo projetadas para uso em eletrônica, medicamentos e outros materiais. Se uma nanopartícula precisa permanecer estável ou condensar depende de como elas estão sendo usadas. Aqueles usados ​​como catalisadores em processamento químico industrial ou pontos quânticos para iluminação precisam permanecer intactos; se eles são precursores para revestimentos em dispositivos solares ou para tinta de impressão, as nanopartículas precisam ser instáveis ​​para que se sinterizem e se condensem em uma massa fina.

p Para seus experimentos, Smith e Hutchison produziram nanopartículas de ouro em quatro tamanhos bem controlados, variando de 0,9 nanômetro a 1,5 nanômetro, e analisou a perda de ligante e sinterização com análise termogravimétrica e calorimetria diferencial de varredura, e examinou os filmes resultantes por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de fotoelétrons de raios-X. Como as nanopartículas foram aquecidas a 5 graus Celsius por minuto, da temperatura ambiente a 600 graus Celsius, as nanopartículas começaram a se transformar perto de 150 graus Celsius.

p Os pesquisadores descobriram que nanopartículas menores têm melhor integridade estrutural do que partículas maiores que foram testadas. Em outras palavras, Hutchison disse, eles têm menos probabilidade de perder seus ligantes e se ligarem. "Se você tem partículas instáveis, então a propriedade que você quer é passageira, "disse ele." Ou a emissão de luz se degrada com o tempo e pronto, ou o metal se torna inativo e pronto. Nesse caso, você deseja preservar a função e evitar que as partículas se agregem. "O oposto é desejado para Hutchison e outros que trabalham no Centro para Química de Materiais Sustentáveis, financiado pela National Science Foundation, uma colaboração multi-universidades liderada pela UO e pela Oregon State University. Os pesquisadores estão sintetizando nanopartículas como precursores de filmes finos.

p "Queremos precursores de solução que podem levar a filmes finos inorgânicos para uso em indústrias eletrônicas e solares, "disse Hutchison, que também é membro do UO Materials Science Institute.

p "Nesse caso, queremos saber como manter nossas nanopartículas ou outros precursores estáveis ​​o suficiente em solução para que possamos trabalhar com eles, usando apenas uma pequena quantidade de energia adicional para torná-los instáveis ​​para que se condensem em um filme - onde a propriedade que você deseja vem do sólido estendido que é gerado, não das próprias nanopartículas. "

p A pesquisa, Hutchison disse, identificou locais fracos nas nanopartículas onde os ligantes podem se desprender. Se apenas uma pequena quantidade fizer isso, ele disse, nanopartículas separadas têm maior probabilidade de se unir e iniciar o processo de sinterização para criar filmes finos.

p "Esse é um efeito realmente estabilizador que, por sua vez, expulsa todos esses ligantes do lado de fora, "disse ele." A área da superfície diminui rapidamente e as partículas ficam maiores, mas agora todos os ligantes extras são excluídos do filme e então, hora extra, os ligantes evaporam e vão embora. "

p O desmoronamento, Contudo, é uma "falha catastrófica" se o objetivo for proteger contra a sinterização. Pode ser possível usar as descobertas, ele disse, para explorar maneiras de fortalecer as nanopartículas, tal como desenvolver ligandos que se ligam em pelo menos dois locais ou evitar ligandos voláteis.

p O processo, como estudado, produziu filmes de ouro poroso. "Uma próxima etapa pode ser estudar como manipular o processo para obter um filme mais denso, se isso for desejado, "Disse Hutchison. Compreendendo como as nanopartículas respondem a certas condições, como mudanças de temperatura, ele adicionou, pode ajudar os pesquisadores a reduzir o desperdício no processo de fabricação.

p "Pesquisadores da Universidade de Oregon estão reengenharia da ciência, processos de fabricação e negócios por trás de produtos essenciais, "disse Kimberly Andrews Espy, vice-presidente de pesquisa e inovação e reitor da UO Graduate School. "Esta pesquisa que analisa a estabilidade estrutural das nanopartículas pelo Dr. Hutchison e sua equipe tem o potencial de melhorar a engenharia da eletrônica, remédios e outros materiais, ajudando a promover um futuro sustentável para nosso planeta e seu povo. "

p Smith, o autor principal do artigo, recebeu um diploma de mestre em química em 2009 pela UO. Ela agora é uma estudante de doutorado no laboratório de Hutchison. Durante os estágios iniciais da pesquisa, ela foi apoiada pelo programa Integrative Graduate Education and Research Traineeship (IGERT) da NSF. O financiamento do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea (concessão nº FA8650-05-1-5041) para Hutchison também apoiou a pesquisa.

p Hutchison também é membro do Oregon Nanoscience and Microtechnologies Institute (ONAMI) e do Oregon BEST (Oregon Built Environment &Sustainable Technologies Center), que são iniciativas de pesquisa de assinatura estadual.