p Construir nanomateriais com recursos que medem apenas bilionésimos de um metro requer uma precisão extraordinária. Aumentar a escala dessa construção enquanto aumenta a complexidade apresenta um obstáculo significativo para o uso generalizado de tais materiais nano-projetados. p Agora, cientistas do Laboratório Nacional de Brookhaven, do Departamento de Energia dos EUA, desenvolveram uma maneira de criar com eficiência, multicamada, estruturas em nanoescala multipadrão com complexidade sem precedentes.

p A equipe de Brookhaven explorou a automontagem, onde os materiais se encaixam espontaneamente para formar a estrutura desejada. Mas eles introduziram um salto significativo na inteligência material, porque cada camada automontada agora orienta a configuração de camadas adicionais.

p Os resultados, publicado no jornal Nature Communications , oferecem um novo paradigma para a automontagem em nanoescala, nanotecnologia potencialmente avançada usada para medicina, geração de energia, e outros aplicativos.

p "Há algo incrível e gratificante em criar estruturas que ninguém nunca viu antes, "disse o co-autor do estudo Kevin Yager, um cientista do Brookhaven Lab's Center for Functional Nanomaterials (CFN). "Estamos chamando de torre essa construção responsiva em camadas, mas onde cada tijolo é inteligente e contém instruções para os tijolos subsequentes. "

p A técnica foi totalmente pioneira no CFN, um DOE Office of Science User Facility.

p "O truque era 'selar' quimicamente cada camada para torná-la robusta o suficiente para que as camadas adicionais não a interrompessem, "disse o autor principal Atikur Rahman, um pós-doutorado no Brookhaven Lab durante o estudo e agora um professor assistente no Instituto Indiano de Educação e Pesquisa em Ciências, Pune. "Isso nos garantiu um controle sem precedentes. Agora podemos empilhar qualquer sequência de camadas auto-organizadas para criar estruturas 3D cada vez mais complexas."

p Orientando conversas em nanoescala

p Outros métodos de nanofabricação, como litografia, podem criar nanoestruturas precisas, mas a ordenação espontânea da automontagem torna tudo mais rápido e fácil. Avançar, a estratificação responsiva empurra essa eficiência em novas direções, possibilitando, por exemplo, estruturas com canais internos ou bolsões que seriam extremamente difíceis de fazer por qualquer outro meio.

p "A automontagem é barata e escalonável porque é impulsionada por interações intrínsecas, "disse o co-autor do estudo e cientista do CFN Gregory Doerk." Nós evitamos as ferramentas complexas que são tradicionalmente usadas para esculpir nanoestruturas precisas. "

p A colaboração CFN usou filmes finos de copolímeros em bloco (BCP) -cadeias de duas moléculas distintas ligadas entre si. Por meio de técnicas bem estabelecidas, os cientistas espalharam filmes BCP em um substrato, calor aplicado, e observei o material se automontar em uma configuração prescrita. Imagine espalhar LEGOs em uma assadeira, enfiando no forno, e então vê-lo emergir com cada peça elegantemente encaixada em perfeita ordem.

p Contudo, esses materiais são convencionalmente bidimensionais, e simplesmente empilhá-los resultaria em uma bagunça desordenada. Portanto, os cientistas do Laboratório de Brookhaven desenvolveram uma maneira de fazer com que as camadas auto-montadas "conversem" discretamente umas com as outras.

p A equipe infundiu cada camada com um vapor de moléculas inorgânicas para selar a estrutura - um pouco como aplicar goma-laca em nanoescala para preservar um quebra-cabeça recém-montado.

p "Ajustamos a etapa de infiltração de vapor para que a estrutura de cada camada exiba contornos de superfície controlados, "Rahman disse." As camadas subsequentes sentem e respondem a essa topografia sutil. "

p O co-autor Pawel Majewski acrescentou, "Essencialmente, abrimos uma 'conversa' entre camadas. Os padrões de superfície conduzem uma espécie de diafonia topográfica, e cada camada atua como um modelo para a próxima. "

p Configurações exóticas

p Como costuma ocorrer na pesquisa fundamental, essa conversa cruzada foi um fenômeno inesperado.

p "Ficamos surpresos quando vimos pela primeira vez um modelo de ordenação de uma camada para a outra, Rahman disse. "Soubemos imediatamente que tínhamos que testar exaustivamente todas as combinações possíveis de camadas de filme e explorar o potencial da técnica."

p A colaboração demonstrou a formação de uma ampla gama de nanoestruturas, incluindo muitas configurações nunca antes observadas. Alguns continham câmaras ocas, pinos redondos, varas, e formas sinuosas.

p "Este foi realmente um esforço hercúleo da parte de Atikur, "Yager disse." As amostras multicamadas cobriram uma gama impressionante de combinações. "

p Mapeando estruturas nunca antes vistas

p Os cientistas usaram microscopia eletrônica de varredura (SEM) para sondar as características em nanoescala, obter detalhes transversais das estruturas emergentes. Um feixe de elétrons focado bombardeou a amostra, ricocheteando nas características da superfície antes de ser detectado para permitir a reconstrução de uma imagem que descreve a configuração exata.

p Eles complementaram isso com espalhamento de raios-X na Fonte de Luz Síncrotron Nacional II de Brookhaven - outra facilidade do usuário do DOE Office of Science. A técnica de espalhamento penetrativo permitiu aos pesquisadores sondar a estrutura interna.

p "CFN reúne uma concentração única de habilidades, interesses, e Tecnologia, "disse o diretor da CFN e co-autor Charles Black." Em uma instalação, temos pessoas interessadas em criar, convertendo, e estruturas de medição - é assim que podemos ter esses tipos de avanços inesperados e altamente colaborativos. "

p Este avanço fundamental amplia substancialmente a diversidade e a complexidade das estruturas que podem ser feitas com a automontagem, e, correspondentemente, amplia a gama de aplicações potenciais. Por exemplo, nanoestruturas tridimensionais intrincadas podem render melhorias transformadoras em membranas nano-porosas para purificação de água, bio-sensoriamento, ou catálise.