Wetenschappers ontwikkelen een innovatief aerosolsysteem om asymmetrische bovenbouw te bouwen

Een onderzoeksteam heeft een nieuw aerosol-gebaseerd emulsiesysteem ontwikkeld dat de zelfassemblage van asymmetrische nanostructuren mogelijk maakt-iets dat al lang als een grote uitdaging in de materiaalwetenschap wordt beschouwd. Het team omvat onderzoekers van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen, samen met medewerkers aan de Universiteit van Californië.

Hun werk was onlangs gepubliceerd in Geavanceerde materialen.

Traditionele emulsiedruppeltjes zijn meestal bolvormig vanwege oppervlaktespanning, waardoor de structurele complexiteit van de materialen die ze helpen creëren, beperkt. Hoewel nuttig in velden zoals biomedicine en voedselwetenschap, maakt deze symmetrie het moeilijk om geavanceerde functies te bereiken. Het doorbreken van deze symmetrie is een belangrijk doel geweest, maar methoden met oppervlakteactieve stoffen of complexe emulgatoren worstelen vaak met stabiliteit en verontreiniging.

Het nieuwe systeem omzeilt die problemen door “tijdelijke emulsie-aerosolen” te creëren-levende, oppervlakteactieve druppels gevormd door een tweefasige vloeistof te versturen. Met deze druppeltjes kunnen nanodeeltjes in de lucht zelf assembleren, zonder te vertrouwen op stabiliserende chemicaliën. Het dynamische diffusieproces brengt grensvlakspanning dicht bij nul, waardoor de vorming van niet-sferische structuren mogelijk is.

“Met deze benadering kunnen gouden nanodeeltjes uniforme hemisferische structuren vormen,” zei Liu Dilong, een lid van het team, “traditionele emulsies kunnen dat niet bereiken.”

Het team ontdekte dat het proces werkt vanwege een verschil in hoe de twee vloeistoffen in de druppel diffunderen: water ontsnapt sneller dan 1-butanol binnenkomt, wat leidt tot een interne asymmetrie. Dit resulteert in holle of gebogen structuren, aangedreven door een mechanisme vergelijkbaar met het Kirkendall -effect waargenomen in metallurgie.

Deze nieuwe techniek heeft al veelbelovend getoond voor real-world applicaties. De onderzoekers produceerden arrays van kleine silica microlenses met instelbare vergroting, nuttig voor biologische beeldvorming met hoge resolutie. Ze gebruikten ook de methode om getextureerde coatings te maken met uitstekende lichtverstrooiingseigenschappen, die van micro-geleide displays en andere optische apparaten kunnen profiteren.

Het werk biedt een nieuwe, schone en schaalbare route om complexe nanostructuren te bouwen, waardoor spannende mogelijkheden voor materiaalontwerp worden geopend.