Химики совершили прорыв в нанонауке

Команда учёных под руководством Евгении Кумачевой из Университета Торонто обнаружила способ предсказать организацию наночастиц в более крупные структуры, рассматривая их аналогично ансамблям молекул, образующимся в стандартных химических реакциях.

"В настоящее время не существует модели, описывающей организацию наночастиц", — говорит Кумачева. "Наша работа прокладывает путь для предсказания свойств ансамблей наночастиц и для разработки новых правил проектирования таких структур".

Фокус нанонауки постепенно смещается от синтеза отдельных наночастиц к их организации в более крупные структуры. Чтобы использовать ансамбли наночастиц в функциональных устройствах, таких как устройства хранения памяти или оптические волноводы, важно добиться контроля над их структурой.

Согласно наблюдениям исследователей, самоорганизация наночастиц является эффективной стратегией для создания наноструктур со сложной иерархической архитектурой. "Последнее десятилетие стало свидетелем большого прогресса в нанонауке — особенно в самоорганизации наночастиц — однако количественное предсказание архитектуры ансамблей наночастиц и кинетики их образования остаётся сложной задачей", — продолжает она. "Мы сообщаем о замечательном сходстве между самоорганизацией металлических наночастиц и химическими реакциями, ведущими к образованию полимерных молекул. Наночастицы действуют как многофункциональные единицы, которые образуют обратимые нековалентные связи под определёнными углами и организуются в высокоупорядоченный полимер".

"Мы разработали новый подход, который позволяет количественно предсказать архитектуру линейных, разветвлённых и циклических самоорганизованных наноструктур, их числа агрегации и распределение по размерам, а также образование структурных изомеров".

Кумачеву в исследовании поддержали постдоки Кун Лю, Нана Чжао и Вэй Ли, бывший аспирант Чжихун Ни, а также профессор Майкл Рубинштейн из Университета Северной Каролины. Как химики-полимерщики, команда взглянула на организацию наночастиц с нестандартной точки зрения.

"Мы рассматривали их как молекулы, а не частицы, которые в процессе, напоминающем реакцию полимеризации, самоорганизуются в полимероподобные ансамбли", — говорит Кумачева. "Используя эту аналогию, мы применили теорию полимеризации и предсказали архитектуру так называемых 'молекул', а также обнаружили другие, неожиданные особенности, которые могут найти интересные применения".