Cientistas da Universidade Friedrich Schiller Jena e da Universidade Friedrich Alexander Erlangen-Nuremberg, ambas na Alemanha, desenvolveram com sucesso nanomateriais usando a chamada abordagem bottom-up. Conforme relatado na revista ACS Nano , eles exploram o fato de que os cristais geralmente crescem em uma direção específica durante a cristalização. Essas nanoestruturas resultantes poderão ser utilizadas em diversas aplicações tecnológicas.



“Nossas estruturas podem ser descritas como bastões semelhantes a vermes com decorações”, explica o Prof. Felix Schacher. "Incorporados nessas hastes estão nanopartículas esféricas; no nosso caso, era sílica. Porém, em vez de sílica, também poderiam ser usadas nanopartículas condutoras ou semicondutores - ou mesmo misturas, que podem ser distribuídas seletivamente nos nanocristais usando nosso método, "ele acrescenta. Conseqüentemente, a gama de aplicações possíveis em ciência e tecnologia é ampla, abrangendo desde o processamento de informações até a catálise.

Compreender e controlar o processo de formação

“O foco principal deste trabalho foi entender o método de preparo como tal”, explica o químico. Para produzir nanoestruturas, explica ele, existem duas abordagens diferentes:partículas maiores são trituradas até o tamanho nanométrico ou as estruturas são construídas a partir de componentes menores.

“Queríamos compreender e controlar esse processo de construção”, descreve Schacher. Para isso, a equipe usou partículas individuais de dióxido de silício, conhecidas como sílica, e moléculas de polímero em forma de cadeia enxertadas como uma espécie de concha.

“Poderíamos imaginá-lo como fios de cabelo de uma esfera”, explica o cientista. Ele acrescenta:“Esses cabelos são feitos de um material chamado 'poli-(isopropil-oxazolina).' Esta substância cristaliza quando aquecida. E essa é a ideia do nosso método:os cristais quase nunca crescem em todas as direções simultaneamente, mas preferem uma direção específica. Assim, conseguimos fazer crescer as nossas nanoestruturas deliberadamente.

Durante esse processo, a equipe descobriu um fenômeno intrigante. "Para que o polímero cristalize, são necessárias pequenas quantidades que não estão ligadas à superfície da partícula, mas estão livremente presentes na solução de reação, agindo como uma espécie de cola. Descobrimos que as quantidades necessárias são tão pequenas que são quase imperceptíveis Mas eles são necessários”, acrescenta.

Schacher está particularmente entusiasmado com a colaboração única que tornou esta pesquisa possível. “Sem a excelente cooperação do Prof. Michael Engel da Universidade de Erlangen, este trabalho não teria sido realizado”, enfatiza o cientista de Jena.

"Com a ajuda de simulações de computador que retrataram o comportamento em múltiplas escalas, fomos capazes de resolver de forma intrincada os complexos processos moleculares subjacentes à formação das nanoestruturas. Este foi um desafio emocionante", acrescenta Engel.

Ambos os cientistas concluem:"Tivemos a oportunidade de participar juntos de um programa do Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara no início deste ano. Durante este workshop, escrevemos este manuscrito em conjunto. Os experimentos subjacentes claro que tinha sido realizado anteriormente - parcialmente no âmbito do centro de investigação colaborativo TRR 234 'CataLight' financiado pela Fundação Alemã de Investigação. Mas a atmosfera inspiradora do workshop deu-nos o impulso necessário para concluir o trabalho."

Mais informações: Afshin Nabiyan et al, Automontagem de Nanopartículas Híbridas Core-Shell por Cristalização Direcional de Polímeros Enxertados, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05461
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido por Friedrich-Schiller-Universität Jena