p Materiais formados em escalas cada vez menores estão sendo usados ​​na medicina, eletrônicos, fabricação e uma série de outras aplicações. Mas os cientistas apenas arranharam a superfície do entendimento de como controlar os blocos de construção em nanoescala, onde operam máquinas simples do tamanho de um vírus. p Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Dongsheng Li, um cientista de materiais no PNNL, e colaboradores da Universidade de Michigan e da Academia Chinesa de Ciências, descobriram o segredo de uma das nanoestruturas mais úteis:o gêmeo quíntuplo. O estudo que descrevem por que e como essa forma se forma é detalhado no jornal Ciência e foi apresentado na reunião anual da Sociedade de Pesquisa de Materiais em 5 de dezembro, 2019.

p Uma seção transversal de uma estrutura gêmea quíntupla parece, para todo o mundo, uma torta fatiada em cinco pedaços perfeitamente simétricos. Nanomateriais com esta estrutura já demonstraram ter propriedades úteis e são implantados em pesquisas médicas para marcar com precisão tumores cancerígenos para imagens e rastreamento, e na eletronica, onde são avaliados por sua resistência mecânica.

p "Nanopartículas naturais e sintéticas compostas por domínios de cristal geminados cinco vezes têm propriedades únicas, "disse Li, que liderou a equipe de pesquisa. "Mas o mecanismo de formação dessas nanopartículas geminadas quíntuplas foi mal compreendido. Pela primeira vez, observamos diretamente a formação de gêmeos quíntuplos em tempo real e determinamos o mecanismo pelo qual eles se formam. "

p Desde que os cientistas aprenderam a manipular moléculas em nanoescala, eles notaram que os materiais tendem a se agregar em certas formas geométricas:fios, tubos, esferas, e cubos se formam com pouca intervenção. Mas por que?

p A equipe de pesquisa usou uma combinação de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução combinada com técnicas de simulação de dinâmica molecular para sondar por que as estruturas se formam dessa maneira. Na maioria dos casos, nanoestruturas se formam muito rapidamente para capturá-las usando técnicas experimentais de imagem. Aqui, a equipe implementou uma estratégia inteligente:eles forçaram as moléculas a se moverem mais lentamente, envolvendo-as em uma matriz orgânica semelhante ao melaço, e eles observaram mais de 200 eventos de formação para capturar todas as etapas principais do processo. Eles descobriram dois mecanismos diferentes para formar nanoestruturas geminadas quíntuplas, ambos são moldados pelo acúmulo e eliminação da tensão em direção a uma forma ideal que elimina toda a tensão.

p "O mecanismo que desenvolvemos é um caminho comum para o crescimento de cristais que ocorre amplamente em diversos sistemas, como metais, semicondutores, orgânico, e fases biominerais, "disse Li." Portanto, o que aprendemos com nossa observação pode generalizar para uma ampla gama de materiais. "

p Agora que os pesquisadores capturaram as forças básicas que moldam a estrutura, eles esperam ser capazes de guiar mais tipos de materiais nesta forma de torta muito útil.

p “Esperamos possibilitar o projeto de nanoestruturas com tamanho e morfologia controlados, e para adaptar suas propriedades, "Li disse.