p Assim como átomos de carbono em folhas de grafeno, nanopartículas podem formar camadas estáveis ​​com espessuras mínimas do diâmetro de uma única nanopartícula. Um novo método de ligação de nanopartículas em tais filmes extremamente finos foi desenvolvido no Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências em Varsóvia. p O alfaiate químico corta seu casaco de acordo com ... suas nanopartículas

p Os sucessos de adaptação de pesquisadores que sintetizaram camadas de nanopartículas até hoje não seriam adequados para o palco nem mesmo do mais modesto dos desfiles de moda químicos. As nanopartículas podem ser organizadas em espessuras de camada de partícula única, isto é, monocamadas - mas essas estruturas não eram estáveis ​​porque não era possível ligar nanopartículas de maneira estável em monocamadas até agora.

p "Nos últimos anos, nosso grupo no Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências em Varsóvia tem trabalhado no desenvolvimento de uma plataforma universal para a síntese de monocamadas estáveis ​​de nanopartículas. Hoje, temos a prova de que nosso método "sob medida" de nanopartículas de ligação química em monocamadas realmente funciona, "diz o Dr. Marcin Fialkowski, professor do IPC PAS, e demonstra um pequeno, camada, depositado em um prato, com a menor espessura possível - igual ao diâmetro de uma única nanopartícula de ouro.

p Monocamadas de nanopartículas de ouro costuradas quimicamente produzidas no IPC PAS têm áreas de superfície da ordem de milímetros quadrados, e por razões óbvias, eles são muito delicados. Mecanicamente, eles se assemelham a placas de acrílico - quando sujeitos a forças, eles inicialmente se deformam elasticamente, após o que eles rompem de repente.

p "Nossas monocamadas não são grandes, porque queríamos apenas demonstrar a correção do conceito de sua síntese. Nada impede a produção de monocamadas da maneira que propomos com áreas com muitos centímetros quadrados, "diz o Prof. Fialkowski.

p Camadas de nanopartículas foram produzidas durante anos na interface entre dois líquidos imiscíveis. Quando introduzido em um líquido mais pesado, mediante agitação mecânica, nanopartículas apropriadamente preparadas fluem para fora dele e se distribuem aleatoriamente na borda com o líquido mais leve. A ordem pode ser estabelecida comprimindo as nanopartículas com pistões na lateral e, assim, compactando-as. As monocamadas produzidas dessa maneira até então não eram duráveis ​​e, ao tentar removê-las da interface, simplesmente se desfizeram. Por sua vez, estruturas ligadas quimicamente, capaz de sobreviver à separação da interface, sempre se revelaram composições multicamadas ou amorfas de nanopartículas.

p "Nossas monocamadas são estáveis ​​porque associamos as nanopartículas a grampos especiais, 'ou moléculas de ligação. Cada ligante une duas nanopartículas adjacentes por fortes ligações covalentes, ou seja, quimicamente ", explica o Dr. Tomasz Andryszewski (IPC PAS), autor principal da publicação na revista Química de Materiais .

p As nanopartículas de ouro usadas em experimentos no IPC PAS têm diâmetros de cerca de cinco nanômetros (bilionésimos de metro); o comprimento dos linkers usados ​​é apenas um ano e meio. Para que um ligante curto se ligue a nanopartículas adjacentes, estes têm de ser deslocados de forma adequada um em relação ao outro.

p "A principal dificuldade em nosso trabalho residia no fato de que tivemos que conciliar dois requisitos que eram, em princípio, opostos. Devido ao comprimento do linker, sabíamos que as nanopartículas deveriam ser colocadas juntas a uma pequena distância uma da outra, o que significa que eles teriam que ser submetidos a forças relativamente grandes. Portanto, não queríamos que as nanopartículas saltassem da interface. Ao mesmo tempo, tínhamos que evitar de alguma forma que as nanopartículas se unissem em estruturas aleatórias, "diz o Dr. Andryszewski.

p Para atender a essas condições, as nanopartículas foram revestidas com pequenas, moléculas especialmente projetadas (ligantes), que por um lado continha grupos amina (com nitrogênio e hidrogênio), e por outro, grupos tiol (com enxofre e hidrogênio). As partes de tiol combinadas com o ouro, enquanto as partes amino se localizaram do lado de fora das nanopartículas e deram a elas uma carga elétrica positiva.

p "As nanopartículas de ouro modificadas agem como bóias com um grande deslocamento. Elas se localizam na fronteira entre os líquidos de maneira tão duradoura que mesmo uma agitação forte não é capaz de empurrá-las para fora. eles se repelem eletrostaticamente. Como resultado, cada nanopartícula tem a garantia de um "espaço privado" em torno de si, necessário para a preservação da ordem, "explica a estudante de doutorado Michalina Iwan (IPC PAS).

p Quando as nanopartículas preparadas adequadamente já foram comprimidas em monocamadas na interface, uma substância de ligação foi injetada no sistema. A reação de reticulação, uma reminiscência de grampeamento automático, ocorreu à temperatura ambiente e à pressão normal, sem a necessidade de quaisquer iniciadores ou catalisadores. Após a anastomose química, a monocamada pode ser removida da interface entre os líquidos, secou, e ainda sujeito à ação de solventes fortes.

p As propriedades físicas de monocamadas derivadas usando química sob medida podem ser modificadas selecionando ligantes apropriados. Mais tempo, os ligantes de polímero permitiriam a formação de monocamadas com maior elasticidade. Usando ligantes condutores de corrente, seria, por sua vez, possível produzir monocamadas com propriedades optoeletrônicas especificamente determinadas. O uso de ainda outros ligantes pode resultar em monocamadas exibindo um efeito piezoresistivo, ou seja, alterar sua condutividade elétrica sob a influência de deformações mecânicas. O novo método de síntese também é importante para a pesquisa básica - no futuro, permitirá a investigação direta de coisas como as propriedades mecânicas de nanopartículas individuais.