Ученые позаимствовали эту технику из популярного стиля декорирования керамики
Послушайте эту статью
Это история, написанная человеком и озвученная искусственным интеллектом. Есть отзывы? Примите участие в нашем опросе. (Смотрите нашу политику в области искусственного интеллекта здесь.)
Популярная техника декорирования керамики помогает ученым “рисовать” замысловатые узоры на наноразмерных кусочках золота. Этот миниатюрный художественный прием может придать крупинкам золота новые захватывающие свойства.
Новые наночастицы могут найти широкое применение. Их можно использовать в крошечных электронных схемах. Они могут помочь доставлять лекарства к определенным частям тела. Они могут даже собираться сами по себе в “метаматериалы”. Такие материалы могут по-новому взаимодействовать со светом или звуком.Однако создание подходящих типов наночастиц для таких работ — непростая задача. Ученые должны тщательно обработать поверхности частиц. Это определяет, как они будут взаимодействовать друг с другом и с другими объектами. Это довольно сложно, когда диаметр каждой частицы составляет менее 100 нанометров. Это всего лишь на одну тысячную толщины обычного листа бумаги!
Идея этого решения пришла к наноученику Ахен Ким на уроке гончарного дела. Ким использовала трафареты ручной работы для украшения своих изделий. Сначала она нарисовала рисунок на керамической посуде с помощью воска. Затем она закрасила горшок чернилами. Чернила прилипли везде, кроме того места, где был воск, и рисунок остался.
Ким пыталась найти способ декорирования наночастицами золота. У ученых были надежные способы изготавливать крошечные кусочки золота, но не украшать их. “В тот момент я подумала: ”О, может быть, мне понадобится что-то вроде маски», — например, воск, который она использовала для изготовления керамики. Ким рисовала наночастицы по трафарету, будучи студенткой Иллинойского университета в Урбане-Шампейне. Сейчас она работает в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене.
Супер-маленькие трафареты
Ким была частью команды, которая использовала химические вещества для тщательного нанесения узоров на наноразмерные золотые самородки. Кусочки золота были слишком малы, чтобы наносить их воском. Поэтому она использовала средство, называемое йодидом. Когда она смешала его с нанокристаллами, йодид покрыл некоторые участки золота, но оставил незащищенными другие участки.Ким также добавила материал под названием 2-NAT. Он прилипал к все еще обнаженным поверхностям золота, но не к участкам, покрытым йодидом. Наконец, она “покрасила” золотые нанобиты химическими веществами, похожими на длинные волоски. Будучи разновидностью полимера, они прилипали к участкам, покрытым 2-NAT, но не к участкам, покрытым йодидом. Йодид действовал как восковой трафарет на уроках гончарного дела, ограничивая возможности полимерной “краски” прилипать к поверхности.Изменяя количество йодида и 2-NAT, команда смогла создавать наночастицы с различным дизайном. Форма частиц также повлияла на конечный дизайн.Компьютерные модели помогли предсказать, как будут выглядеть конструкции с различными рецептурами использования золота, йодида и 2-NAT. Эти модели также позволили предсказать, как кусочки золота будут складываться в более крупные структуры. После запуска этих моделей ученые создали более 20 образцов в лаборатории.
Этот трафарет “расширяет границы возможностей нанокристаллов и способов их модификации”, — говорит Сара Скрабалак. Она работает химиком в Университете Индианы в Блумингтоне. Скрабалак не принимала участия в новом исследовании. Но она работает с другими крошечными материалами.
Команда Ким описала свой трюк с нанесением крошечного трафарета в журнале Nature за 16 октября.
<заголовок iframe="Атомарный трафарет для неоднородных наночастиц" width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/82M2sMzv52A?feature=oembed " frameborder="0" allow="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; веб-поделиться" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>
Множество дизайнов и множество применений
Золотые нанобиты могут группироваться для создания более крупных структур. И разные трафареты влияют на это.
Обычно золотые нанобиты располагаются плотно, как пачки апельсинов в продуктовом магазине. Но с нанесенными по трафарету полимерными накладками ситуация меняется. Полимеры выступают из каждого кусочка золота, отталкивая другие золотые нанокристаллы. Вместо плотной упаковки золотые кусочки, нанесенные по трафарету, упаковываются более свободно. Это может изменить некоторые их свойства.Например, это может изменить их взаимодействие со светом, говорит Мария Розария Плутино. Она изучает наноразмерные материалы в итальянском национальном исследовательском совете в Мессине. Розария Плутино не принимала участия в новом исследовании. Однако она изучает, как подобные крошечные частицы могут использоваться в тканях, лекарствах и других областях применения. Например, добавление наночастиц, нанесенных по трафарету, может изменить цвет ткани, говорит она.
У вас есть научный вопрос? Мы можем помочь!
Отправьте свой вопрос здесь, и мы, возможно, ответим на него в следующем выпуске Science News Explores
И это только начало. Исследователи могут нанести на нанобиты трафареты из различных полимеров и декорировать металлы, отличные от золота.
По словам Скрабалака, такие нанобиты могут помочь в создании невидимых покрытий. Они могут скрывать объекты от радаров, затрудняя их обнаружение.Ким говорит, что ее команда сейчас изучает комбинации, которые могут повлиять на реакцию лекарств в организме. Цель: Использовать трафарет, чтобы помочь направить лекарство туда, где оно необходимо.
“Это очень хороший подход”, — говорит Розария Плутино. “Это открывает множество различных способов нанесения такого рода трафаретов”.
