Nanopartiküllerden Tasarlanan Malzemeler İçin Esnek Yeni Üretim Yöntemi

Flexibil bağlanıcı moleküller, fotonik, kimyasal kataliz, tıp ve daha fazlası için nanopartikül bazlı malzemeler üretmede anahtar rol oynayabilir.

Zach Winn

|

MIT News

Yayın Tarihi

Basın İlişkileri:

Abby

Abazorius

E-posta:

Telefon:

617-253-2709

MIT News Ofisi

Medya İndirme

↓

Açıklama

MIT araştırmacıları, nanopartiküllerin bir araya gelerek fotonik, kimyasal kataliz, tıp, tarım ve daha fazlası için yüksek performanslı malzemeler oluşturma şeklini kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirdi.

Kaynak

Kaynak: Araştırmacıların sağladığı

↓

Açıklama

Nanopartiküllerin faydalı yeni malzemelere dönüştürülme süreci, her partikül ile komşuları arasındaki bağlantıların sayısı ve yönünü kontrol etmenin zorluğu nedeniyle engellenmişti. Araştırmacılar, bağlantıları nanopartikül boyutlarını ve ligand zincir uzunluklarını değiştirerek kontrol edebileceklerini gösterdi.

Kaynak

Kaynak: Araştırmacıların sağladığı

*Kullanım Şartları:

MIT News Ofisi web sitesinde indirilebilen görseller, Creative Commons Atıf- Ticari Olmayan-Türetilemeyen lisansı altında ticari olmayan kuruluşlar, basın ve genel halka sunulmaktadır.
Sağlanan görselleri boyutlandırmak dışında değiştiremezsiniz. Görselleri yeniden üretirken bir atıf satırı kullanılmalıdır; aşağıda sağlanmamışsa, görselleri “MIT” olarak atıf edinin.

Görsel Kaynağı: MIT News

Açıklama

MIT araştırmacıları, nanopartiküllerin bir araya gelerek fotonik, kimyasal kataliz, tıp, tarım ve daha fazlası için yüksek performanslı malzemeler oluşturma şeklini kontrol etmenin yeni bir yolunu geliştirdi.

Kaynak

Kaynak: Araştırmacıların sağladığı

Görsel Kaynağı: MIT News

Açıklama

Nanopartiküllerin kullanışlı yeni malzemelere dönüştürülme süreci, her partikül ile komşuları arasındaki bağların sayısı ve yönünü kontrol etmenin zorluğu nedeniyle uzun süre engellenmişti. Araştırmacılar, bağları nanopartikül boyutlarını ve ligand zincirlerinin uzunluğunu değiştirerek kontrol edebileceklerini gösterdiler.

Kaynakça

Kaynak: Araştırmacıların izniyle

Daha iyi performans gösteren malzemeler üretmek, malzemelerin yapısını mümkün olduğunca küçük ölçekte daha iyi kontrol etmeye indirgenir. Bunu başarmanın özellikle etkili yollarından biri, son derece özelleştirilebilir şekil ve boyutlara sahip ve zaten enerji, tıp ve elektronik alanlarında çeşitli uygulamalarda umut vadettiği gösterilen nanopartikülleri kullanmaktır.

Ancak nanopartikülleri kullanışlı yeni malzemelere dönüştürme süreci, her partikül ile komşuları arasındaki bağların sayısı ve yönünü kontrol etmenin zorluğu nedeniyle uzun süre engellenmişti. Araştırmacılar partiküllerin şeklini değiştirmeye ya da aralarındaki rijit bağlayıcı zincirleri hassas biçimde hizalamaya çalıştılar, ancak bu iki yöntem de nanopartiküllerin oluşturabileceği malzeme yapılarını sınırlar ve ölçeklendirmesi zordur.

İçinde MIT’den araştırmacıların da bulunduğu bir ekip farklı bir yaklaşım benimsiyor. Araştırmacılar, çevrelerindeki ortama göre kasıtlı biçimde deforme olarak nanopartikül ağlarının paketlenmesini düzenleyen ayarlanabilir, son derece esnek bağlayıcı moleküller kullanmanın yolunu geliştirdiler. Bugün Nature Materials‘de yayımlanan bir makalede araştırmacılar, bağlayıcı esnekliği ve elektrik yüklerinin ağın yapısını ayarlamak için nasıl kullanılabileceğini gösterdiler ve bu tekniği nanopartikül bazlı yeni malzeme türleri üretmek için kullandılar.

Bu yaklaşım, fotonik, kimyasal kataliz, tıp, tarım ve daha fazlası için daha çok yönlü bir malzeme üretiminin yolunu açabilir.

“İnsanlar nanopartikül süperızızalarıyla, yapılabilecek yapı tiplerine dair daha fazla söz sahibi olabileceğimiz tasarımcı malzemeler inşa etme vaadi nedeniyle ilgileniyor,” diyor MIT Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde metalurji alanında Richard P. Simmons (1953) Profesörü Rob Macfarlane. “Bu, daha önce incelenmemiş bir nanopartikül birleşimi yaklaşımı. Çok karşı sezgisel bir alete sahip olmak heyecan verici. Son 20 yıldır yerleşik olmuş dogmanın tam tersi: bağlayıcı ligandların rijit olması gerektiği ve her türlü sapmanın birleşimin başarısız olmasına yol açtığı iddia ediliyordu Biz, tümünü tam tersi uçuna kadar çevirdiğimizde aynı derecede işe yaradığını gösterdik.”

Makalede Macfarlane’e MIT doktora adayı Nicholas Sbalbi; Delaware Üniversitesi doktora öğrencisi Stephen Kronenberger; MIT lisans öğrencisi Hana Shinzawa; Matthew Ye doktora ’26; ve eski Delaware Üniversitesi profesörü Arthi Jayaraman eşlik ediyor.

Daha esnek yapılar

Malzeme biliminde temel bir gerçek, bir malzemenin yapısının işlevini belirlemesidir.

“Bu, yapı taşlarınızın ne olduğunu ve nasıl dizildiklerini biliyorsanız, malzemelerin hangi özelliklere sahip olduğunu açıklayabileceğiniz anlamına gelir,” diyor Macfarlane. “Bunu kontrol etmek, yeni özelliklere sahip malzemeler üretmenin yoludur.”

Nanopartiküller, bilim insanlarına istenen özelliklere sahip malzemeler inşa etmeleri için esnek bir yapı taşı sunar ve bireysel nanopartiküller zaten ilaç teslimi, enerji depolama, bilişim ve algılama gibi birbirinden çok farklı alanlarda kullanılıyor. Ancak sıkı sıkıya bir araya gelme eğilimleri nedeniyle bunları daha büyük yapılara birleştirmek zorlu bir süreç olarak ortaya çıkmış.

Bu zorluğu aşmak için araştırmacılar nanopartikülleri farklı şekillerde üretir, bu da onların nasıl birleştiklerini değiştirir. Ayrıca parçacıkların yüzeyinin yalnızca belirli kısımlarını yapışkan yaparak farklı desenlerin oluşmasını sağlayabilirler.

“Bu iki yaklaşımın da zorluğu, parçacıkları üretirken sentetik olarak yapmalarının zor olmasıdır,” Macfarlane açıklıyor. “Yapışkanlığı tanımlamak için geliştirilen yöntemler her zaman özel üretimdir: Bir malzeme için, bir boyut ölçeğinde, bir koşulda çalışırlar. Çalışmalar için iyidirler, ancak bununla pek bir şey yapılamaz.”

Her iki yöntem de, araştırmacıların istediği oluşumu korumak için gerekli belirli açılarda kalabilmeleri adına nanopartiküllerin yüzeyindeki bağlayıcı moleküller olan ligandların rijit (sert) olması gerektiğinden, bu da işlevselliklerini daha da sınırlar.

Yeni çalışmalarında araştırmacılar, bu yaklaşımı tersine çevirmeye karar verdi.

“Şunu düşündük: ‘Aynen tersini yapalım: Bağları o kadar esnek hale getirelim ki, başlangıçta nereye baktıkları önemli olmasın. Ligandlar parçacıklar bir araya gelirken yeniden düzenlenebilir ve bu yeniden düzenleme kendisi, her parçacığın bağlayabileceği komşu sayısı sınırını getirir,’” Macfarlane diyor.
Macfarlane’ın ekibi, yıllardır polimer greftlerinden farklı parçacık türleri üretmenin yollarını geliştiriyor. Yeni sistemlerindeki nanopartiküller, uçları elektriksel olarak yüklü, bazıları pozitif, bazıları ise negatif yüklü esnek ligandlara sahip. Zıt yükler birbirini çeker, böylece ligandlar züt yüklere bağlanmak için bükülür.

“Amaç, bağların hangi yönde oluşacağını karmaşık sentetik yöntemlerle tanımlamak yerine, ‘Bağlar istedikleri kadar esnek olacak ve bağ kararlılığını maksimize edecek valans değerine kendiliğinden yönelecek’ demekti,” Macfarlane söylüyor.

Sbalbi önderliğinde yürütülen deneylerde araştırmacılar, nanopartikül boyutlarını ve ligand zincir uzunluklarını değiştirerek bağlantıları kontrol edebildiklerini gösterdiler. Aynı zamanda bu tekniği, nanopartikülleri daha önce hiç görülmemiş kristal yapılarda birleştirmek için de kullandılar.

“Parçacıkların nerede birleşeceğini ya da şekillerinin ne olacağını önceden tasarlamaya gerek kalmadan, her parçacığın sahip olduğu bağ sayısını kontrol edebiliriz” diyen Macfarlane, “Polimerin sağladığı esneklik, bağ sayısını belirler. Bu bize her parçacığın bağ sayısını azaltma ve daha önce hiç görülmemiş örgüler oluşturma imkanı tanıyor.”

Özelleştirilebilir malzemeler için yeni bir yol

Macfarlane, sistemin, özelleştirilmiş, nanopartikül temelli malzemelerin araştırma laboratuvarından çıkıp dünyaya yayılması yönünde atılmış bir adım olduğuna inanıyor.

“Nanopartikül birleşim topluluğu olarak, parçacığının ne olduğu ve hangi birleşime gireceği üzerinde tamamen bağımsız bir kontrol sahibi olmaktan söz ediyoruz” diyen Macfarlane, “Teorik olarak durum böyle olmalı. Oysa gerçekte bu, kesinlikle böyle olmadı.”

Daha geniş bir çerçevede araştırmacılar, yaklaşımlarının ligand esnekliğini, ölçeklenebilir şekilde özelleştirilebilir malzeme yapıları üretmek için yeni bir yol olarak öne çıkardığını belirtiyor.

“Nanopartikül üstörgüleri, yapı taşlarının çeşitli benzersiz özelliklere sahip olduğu, özelleştirilmiş malzemeler oluşturmak için bir yol sunar” diyen Macfarlane, “Ancak bu nanopartikülleri yalnızca yoğun bir şekilde yan yana paketlemek uygulamaları sınırlar. Bu yaklaşım, daha seyrek biçimlenmiş nanopartiküllere ulaşmanın bir yolunu sunar ve ilginç uygulamaların çoğu da burada yatıyor.”

Araştırma, kısmen Ulusal Bilim Vakfı, Enerji Bakanlığı, ABD Ordusu ve ABD Donanması tarafından desteklendi.

Bu haber makalesini paylaş:

• X
• B

Makale: “Breaking Symmetry in Nanoparticle Superlattices via Spontaneous Valency”

Bu makalede bahsedilen araştırmnın açık erişimli sürümlerini deneyin.

İlgili Bağlantılar

• Robert J. Macfarlane
• Kimyasal Mühendislik Bölümü
• Malzeme Bilimi ve Mühendislik Bölümü
• Mühendislik Fakültesi

• Araştırma
• Nanobilim ve nanoteknoloji
• Öz-örgütlenme
• Malzeme bilimi ve mühendisliği
• DMSE
• Kimya mühendisliği
• Fotonik
• Mühendislik Fakültesi
• Ulusal Bilim Vakfı (NSF)
• Enerji Bakanlığı (DoE)
• ABD Silahlı Kuvvetleri