Os pesquisadores desenvolveram uma nova técnica para criar colares em escala nanométrica com base em minúsculas estruturas semelhantes a estrelas enfiadas em uma espinha dorsal polimérica. A técnica pode fornecer uma nova maneira de produzir estruturas de kebab híbrido orgânico-inorgânico a partir de semicondutores, magnético, materiais ferroelétricos e outros que podem proporcionar propriedades úteis em nanoescala.

Os pesquisadores já fizeram nanocolares com até 55 nanodiscos. O processo baseado em modelo desenvolve copolímeros diblocos anfifílicos semelhantes a vermes por meio de uma técnica de polimerização viva na qual as estruturas poliméricas servem como nanorreatores que formam estruturas nanocristalinas de conexão lateral com base em uma variedade de materiais precursores. Os nanodiscos têm em média cerca de dez nanômetros de diâmetro e quatro nanômetros de espessura, e estão separados por cerca de dois nanômetros.

"Nosso objetivo era desenvolver um não convencional, ainda robusto, estratégia para fazer uma grande variedade de kebabs híbridos orgânico-inorgânico, "disse Zhiqun Lin, professor da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Esta é uma técnica geral para fazer essas estruturas incomuns. Agora que demonstramos, acreditamos que existe uma lista quase infinita de materiais que podemos usar para criar esses nanocolares. "

A pesquisa foi apoiada pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e pela Fundação Nacional de Ciência. Os resultados estavam programados para serem publicados no dia 27 de março na revista. Avanços da Ciência .

Os colares nanométricos unidimensionais podem ter colares ópticos, eletrônico, optoeletrônico, aplicações de detecção e magnéticas. Os pesquisadores até agora produziram estruturas de seleneto de cádmio (CdSe), titanato de bário (BaTiO3) e óxido de ferro (Fe3O4), mas acredite que muitos outros materiais - incluindo ouro - também poderiam ser usados.

A técnica começa com a formação de complexos de inclusão feitos de alfa-ciclodextrinas, oligossacarídeos cíclicos compostos por seis unidades de glicose. As alfa-ciclodextrinas, que são ocos no centro, se enroscam em uma cadeia de polietilenoglicol (PEG) em um processo de automontagem estabelecido. O esqueleto do polímero no qual as alfa-ciclodextrinas são enroscadas é coberto por um agente de bloqueio maior para reter as estruturas minúsculas.

Cada alfa-ciclodextrina possui 18 grupos hidroxila (OH) que podem ser convertidos em grupos bromo (Br) por meio de um processo de esterificação. Estruturas de "nanoworm" de polímero dibloco são então desenvolvidas a partir desses grupos de bromo em solução. Formado a partir de poli (ácido acrílico) -bloco de poliestireno (PAA-b-PS), os copolímeros diblocos semelhantes a vermes são compostos de blocos internos de poli (ácido acrílico) (PAA) que são hidrofílicos, e blocos externos de poliestireno (PS) que são hidrofóbicos. Porque tantos diblocos crescem em cada alfa-ciclodextrina, sua aglomeração estende a espinha dorsal do polímero.

Finalmente, precursores de íons metálicos são preferencialmente incorporados no espaço ocupado por blocos internos de PAA de nanorreatores de copolímero dibloco semelhantes a vermes, formando cristais. Esses cristais conectam as estruturas antes separadas, criando os nanocolares - que se assemelham a minúsculas centopéias.

"Ficamos surpresos ao ver esses nano-kebabs crescidos em uma única estrutura inorgânica usando os copolímeros dibloco semelhantes a vermes como nanorreatores, "disse Lin." Sob a imagem do microscópio eletrônico de transmissão, você vê estruturas kebab semelhantes a nanodiscos periodicamente situadas no shish de polímero alongado. "

As imagens do microscópio eletrônico de transmissão mostram claramente os kebabs semelhantes a nanodiscos porque são feitos de materiais com alta densidade de elétrons. Contudo, o shish de PEG de conexão não aparece porque é uma única cadeia e sua densidade de elétrons é muito menor.

A formação das estruturas foi inicialmente surpreendente para o grupo de pesquisa de Lin, que esperava produzir estruturas semelhantes a nanobastões ou nanofios. Mas as simulações feitas pelo membro da equipe Yuci Xu na Universidade de Ningbo, na China, confirmaram a formação das estruturas que eles estavam observando experimentalmente. As simulações também permitiram a previsão das dimensões estruturais que seriam produzidas.

"Com base na simulação, poderíamos entender o mecanismo de crescimento para esta estrutura semelhante a um colar de nano, "disse Lin." Este arranjo de nanocolar é bastante capturado pela simulação. A simulação e os experimentos concordam bem, o que aumentou nossa confiança de que entendemos as estruturas. "

Com sua técnica de crescimento demonstrada, os pesquisadores agora querem caracterizar as estruturas minúsculas e estabelecer aplicações potenciais. Embora ainda não tenham sido estudados, Lin acredita nas estruturas, que são baseados em materiais semicondutores, poderia, por exemplo, tem aplicações eletrônicas, com elétrons tunelando através de nanodiscos adjacentes.

"O significado desta abordagem é que não há limitação sobre os materiais que você pode fazer, e nenhuma limitação no tamanho e forma das estruturas que você pode projetar, "disse ele." Existem muitas características potencialmente vantajosas que podem ser derivadas desta abordagem de nanorreator. "

Existem outras técnicas para formar estruturas de nano colar, mas nenhum usa um modelo semelhante e abordagem de nanorreator, Lin disse.

Em trabalho futuro, O grupo de Lin planeja examinar as propriedades das estruturas que construíram, testar outros materiais potenciais, e examinar os aplicativos que podem ser apropriados. Embora as propriedades dos nanodiscos individuais tenham sido estudadas antes, suas interações coletivas podem fornecer algumas propriedades potencialmente únicas.

"Este artigo representa uma demonstração intrigante da formação de kebabs híbridos orgânico-inorgânico em escala nanométrica, "disse Lin." Estamos ansiosos para aprender mais sobre as propriedades únicas que eles podem ter, e explorar aplicações potenciais. "