p A estrutura adotada pelas nanopartículas de sulfeto de chumbo muda com surpreendente frequência à medida que elas se agrupam para formar superredes ordenadas. Isso é revelado por um estudo experimental que foi conduzido na fonte de raios-X do DESY, PETRA III. Uma equipe liderada pelos cientistas do DESY Irina Lokteva e Felix Lehmkühler, do grupo Coherent X-ray Scattering liderado por Gerhard Grübel, observou a auto-organização dessas nanopartículas semicondutoras em tempo real. Os resultados foram publicados na revista Química de Materiais . O estudo ajuda a entender melhor a automontagem de nanopartículas, o que pode levar a estruturas significativamente diferentes. p Entre outras coisas, nanopartículas de sulfeto de chumbo são usadas em células fotovoltaicas, diodos emissores de luz e outros dispositivos eletrônicos. No estudo, a equipe investigou a maneira como as partículas se auto-organizam para formar um filme altamente organizado. Eles fizeram isso colocando uma gota de líquido (25 milionésimos de litro) contendo as nanopartículas dentro de uma pequena célula e permitindo que o solvente evaporasse lentamente ao longo de duas horas. Os cientistas então usaram um feixe de raios-X na linha de luz P10 para observar em tempo real qual estrutura as partículas formaram durante a montagem.

p Para sua surpresa, a estrutura adotada pelas partículas mudou várias vezes durante o processo. "Primeiro vemos as nanopartículas formando uma simetria hexagonal, que leva a uma nanopartícula sólida com uma estrutura de rede hexagonal, "Relatórios Lokteva." Mas então a superrede muda repentinamente, e exibe uma simetria cúbica. Enquanto continua a secar, a estrutura faz mais duas transições, tornando-se uma superrede com simetria tetragonal e, finalmente, uma com uma simetria cúbica diferente. ”Essa sequência nunca foi revelada antes com tantos detalhes.

p A equipe sugere que a estrutura hexagonal (hexagonal fechado, HCP) persiste enquanto a superfície das partículas estiver inchada pelo solvente. Assim que o filme secar um pouco, sua estrutura interna muda para uma simetria cúbica (cúbica centrada no corpo, BCC). Contudo, resíduos do solvente ainda permanecem entre as nanopartículas individuais dentro do filme. À medida que isso evapora, a estrutura muda mais duas vezes (BCT tetragonal centrado no corpo e FCC cúbico centrado na face).

p A estrutura final do filme depende de vários fatores diferentes, como Lokteva explica. Eles incluem o tipo de solvente e a rapidez com que ele evapora, tamanho e concentração das nanopartículas, mas também a natureza dos chamados ligantes que circundam as partículas e sua densidade. Os cientistas usam o termo ligante para descrever certas moléculas que se ligam à superfície das nanopartículas e evitam que elas se aglomerem. No estudo, a equipe usou ácido oleico para esse fim; suas moléculas cobrem as partículas, muito parecido com a cera que evita que as gomas grudem umas nas outras em um saco. Este é um processo bem estabelecido em nanotecnologia.

p "Nossa pesquisa indica que a estrutura final da superrede também depende se as nanopartículas individuais estão rodeadas por muitas ou poucas moléculas de ácido oleico, "relata Lokteva." Em um estudo anterior, obtivemos filmes com uma estrutura de cristal BCC / BCT quando a densidade do ligante era alta. Aqui, olhamos especificamente para nanopartículas com uma baixa densidade de ligante, e isso levou a uma estrutura FCC. Então, ao usar nanopartículas, a densidade do ligante deve ser determinada, que não é uma prática padrão no momento, "explica o cientista do DESY.

p Essas observações também são importantes quando se trata de outros materiais, a equipe aponta. "O sulfeto de chumbo é um sistema modelo interessante que nos ajuda a entender melhor os mecanismos gerais pelos quais as nanopartículas se auto-montam, "Lokteva explica." A natureza pode fornecer nanoestruturas com várias propriedades interessantes por meio do fenômeno da automontagem, e agora temos as ferramentas para olhar por cima dos ombros da natureza enquanto ela constrói essas estruturas. "