p Os engenheiros do MIT uniram os princípios de automontagem e impressão 3-D usando uma nova técnica, que eles destacam hoje no jornal Materiais avançados . p Por seu processo de montagem coloidal de gravação direta, os pesquisadores podem construir cristais com um centímetro de altura, cada um feito de bilhões de colóides individuais, definido como partículas que têm entre 1 nanômetro e 1 micrômetro de diâmetro.

p "Se você explodir cada partícula do tamanho de uma bola de futebol, seria como empilhar um monte de bolas de futebol para fazer algo tão alto quanto um arranha-céu, "diz o co-autor do estudo Alvin Tan, um estudante de pós-graduação no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT. "Isso é o que estamos fazendo em nanoescala."

p Os pesquisadores descobriram uma maneira de imprimir coloides, como nanopartículas de polímero em arranjos altamente ordenados, semelhantes às estruturas atômicas em cristais. Eles imprimiram várias estruturas, como pequenas torres e hélices, que interagem com a luz de maneiras específicas, dependendo do tamanho das partículas individuais dentro de cada estrutura.

p A equipe vê a técnica de impressão 3-D como uma nova maneira de construir materiais automontáveis ​​que potencializam as novas propriedades dos nanocristais, em escalas maiores, como sensores ópticos, telas coloridas, e eletrônica guiada por luz.

p "Se você pudesse imprimir em 3-D um circuito que manipula fótons em vez de elétrons, que pode abrir caminho para futuras aplicações em computação baseada em luz, que manipulam a luz em vez de eletricidade para que os dispositivos possam ser mais rápidos e mais eficientes em termos de energia, "Tan diz.

p Os co-autores de Tan são o estudante de graduação Justin Beroz, professor assistente de engenharia mecânica Mathias Kolle, e professor associado de engenharia mecânica A. John Hart.

p Fora do nevoeiro

p Coloides são quaisquer moléculas grandes ou pequenas partículas, normalmente medindo entre 1 nanômetro e 1 micrômetro de diâmetro, que estão suspensos em um líquido ou gás. Exemplos comuns de coloides são névoa, que é feito de fuligem e outras partículas ultrafinas dispersas no ar, e chantilly, que é uma suspensão de bolhas de ar em creme de leite. As partículas nesses colóides do dia-a-dia são completamente aleatórias em seu tamanho e na forma como são dispersas na solução.

p Se as partículas coloidais de tamanho uniforme forem conduzidas juntas por meio da evaporação de seu solvente líquido, fazendo com que eles se montem em cristais ordenados, é possível criar estruturas que, como um todo, exibem ótica única, químico, e propriedades mecânicas. Esses cristais podem exibir propriedades semelhantes a estruturas interessantes na natureza, como as células iridescentes nas asas de uma borboleta, e o microscópico, fibras esqueléticas em esponjas do mar.

p Até aqui, cientistas desenvolveram técnicas para evaporar e montar partículas coloidais em filmes finos para formar telas que filtram a luz e criam cores com base no tamanho e na disposição das partículas individuais. Mas até agora, tais montagens coloidais foram limitadas a filmes finos e outras estruturas planas.

p "Pela primeira vez, mostramos que é possível construir materiais coloidais auto-montados em macroescala, e esperamos que esta técnica possa construir qualquer forma 3-D, e ser aplicado a uma incrível variedade de materiais, "diz Hart, o autor sênior do artigo.

p Construindo uma ponte de partículas

p Os pesquisadores criaram minúsculas torres tridimensionais de partículas coloidais usando um aparelho de impressão 3D personalizado que consiste em uma seringa e agulha de vidro, montado acima de duas placas de alumínio aquecidas. A agulha passa por um orifício na placa superior e dispensa uma solução coloidal em um substrato preso à placa inferior.

p A equipe aquece uniformemente as duas placas de alumínio para que, à medida que a agulha distribui a solução colóide, o líquido evapora lentamente, deixando apenas as partículas. A placa inferior pode ser girada e movida para cima e para baixo para manipular a forma da estrutura geral, semelhante a como você pode mover uma tigela sob um distribuidor de sorvete para criar torções ou redemoinhos.

p Beroz diz que à medida que a solução colóide é empurrada através da agulha, o líquido atua como uma ponte, ou molde, para as partículas na solução. As partículas "chovem" através do líquido, formando uma estrutura em forma de corrente de líquido. Depois que o líquido evapora, a tensão superficial entre as partículas as mantém no lugar, em uma configuração ordenada.

p Como uma primeira demonstração de sua técnica de impressão coloidal, a equipe trabalhou com soluções de partículas de poliestireno em água, e criou torres e hélices com centímetros de altura. Cada uma dessas estruturas contém 3 bilhões de partículas. Em testes subsequentes, eles testaram soluções contendo diferentes tamanhos de partículas de poliestireno e foram capazes de imprimir torres que refletiam cores específicas, dependendo do tamanho das partículas individuais.

p "Mudando o tamanho dessas partículas, você muda drasticamente a cor da estrutura, "Beroz diz." É devido à forma como as partículas são montadas, neste periódico, forma ordenada, e a interferência da luz ao interagir com as partículas nesta escala. Somos essencialmente cristais de impressão 3D. "

p A equipe também experimentou partículas coloidais mais exóticas, ou seja, nanopartículas de sílica e ouro, que podem exibir propriedades óticas e eletrônicas únicas. Eles imprimiram torres de milímetro de altura feitas de nanopartículas de sílica de 200 nanômetros de diâmetro, e nanopartículas de ouro de 80 nanômetros, cada um dos quais refletia a luz de maneiras diferentes.

p "Há muitas coisas que você pode fazer com diferentes tipos de partículas, desde partículas metálicas condutoras a pontos quânticos semicondutores, que estamos investigando, "Tan diz." Combinando-os em diferentes estruturas de cristal e formando-os em diferentes geometrias para novas arquiteturas de dispositivos, Acho que seria muito eficaz em campos, incluindo detecção, armazenamento de energia, e fotônica. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.