ايجاد ساختارهاي مكعبي ساده از نانو

[azarafrooz 14,221]

اغلب براي استفاده از ويژگي‌هاي منحصر به فرد نانومواد بايد نانوذرات در يک معماري خاصي آرايش يابند. برهمکنش ميان نانوذرات يا تأثيرات حاصل از گرد هم آمدن آنها در ساختارهاي بزرگ‌تر، مي‌تواند به ويژگي‌هاي نوري، مغناطيسي يا کاتاليستي جالب توجهي منجر شود که در نهايت دانشمندان و مهندسان مي‌توانند از اين ويژگي‌ها در مواد و کاربردهاي جديد بهره ببرند.

 

در سال‌هاي اخير علاقه زيادي به بلورهاي کلوئيدي که نوعي آرايش تناوبي از نانوذرات هستند، جهت استفاده به عنوان بلورهاي فتونيکي، الگوهايي براي بلورهاي فتونيکي، حسگرها، ابزارهاي اپتيکي و الکترواپتيکي، و به عنوان سيستم‌هاي مدل براي مطالعه فرايندهاي بلوري شدن ايجاد شده است.

 

در حال حاضر موفقيت بسياري از اين کاربردهاي بالقوه محدود به توانايي دانشمندان در کنترل ساختار اين بلورهاي کلوئيدي مي‌باشد. به طور معمول تبلور کلوئيدهاي يکپارچه منجر به ايجاد ساختارهاي مکعبي وجوه مرکزپُر يا شش‌وجهي‌هاي فشرده مي‌گردد.

 

چند ساختار بلوري کلوئيدي ديگر نيز اخيراً گزارش شده‌اند، اما آنها يا نياز به تعادل دقيق برهمکنش‌هاي الکتروستاتيک بين ذرات کلوئيد داشته و يا اينکه مبتني بر هدايت نانوذرات روي الگوهاي ليتوگرافي مي‌باشند که سپس هندسه چند لايه در يک فيلم نازک را ديکته مي‌کنند.

 

تحقيق جديدي که به تازگي انجام شده است منجر به راهکار کاملاً متفاوتي براي بلوري کردن کلوئيدها شده است که در نتيجه آن بلورهاي کلوئيدي مکعبي حاصل مي‌شوند که در آن سلول‌هاي واحد در هر سه بعد گسترش يافته‌اند. ساختار مکعبي ساده حتي در ساختارهاي اتمي نيز به ندرت ديده مي‌شود. در اين راهکار جديد، بلورهاي مکعبي ساده از يک فرايند ترکيبي متشکل از جداشدن (disassemble) و خودآرايي ساختار هدايت شده توسط يک بستر در يک واکنش تک‌مرحله‌اي ايجاد مي‌شوند.

 

شکل مکعب ساده‌ترين و معمول‌ترين شکل در بلورها مي‌باشد. دانشمندان سه حالت براي شکل مکعبي تعريف کرده‌اند: مکعبي ساده، مکعبي مرکزپُر( BCC ، و مکعبي وجوه مرکزپُر( FCC .

 

دکتر آندرياس استين استاد شيمي دانشگاه مينسوتا و يکي از محققان اين پژوهش مي‌گويد: «راهکار ما براي ايجاد ساختارهاي متناوب از نانوذرات هم‌شکل مبتني بر مفهوم جديدي از ترکيب سنتزهاي جداکردن (بالا به پايين) و خودآرائي (پايين به بالا) مي‌باشد. در بلورهاي کلوئيدي که مجدداً آرايش يافته‌اند، سيستم مکعبي ساده (که حتي در ساختارهاي اتمي نيز به ندرت ديده مي‌شود) در سه بعد گسترش مي‌يابد».

 

وي اضافه مي‌کند: «زماني که ما سنتز نانوذرات شکل‌يافته را با ديگر ترکيبات بررسي مي‌کرديم، مکانيسم خودآرائي جديدي کشف کرديم. زماني که سنتز جداکردني براي ترکيبي از اکسيد تيتانيوم-اکسيد فسفر اجرا شد، نانومکعب‌هايي تشکيل شده و در نهايت شگفتي، اين مکعب‌ها به يک آرايه منظم با تقارن مکعبي ساده خودآرايي کردند».