Ein innovatives Werkzeug zur Entdeckung neuer Materialien hat sich für Materialingenieure als vielversprechend erwiesen.
Im Laufe der Geschichte waren Zivilisationen durch die Werkzeuge bekannt, die sie geschaffen und zurückgelassen haben. Um diese Werkzeuge herzustellen, mussten Ingenieure in jeder Epoche auf Materialien zugreifen, um ihre Ziele zu erreichen. In der Neuzeit führte dies häufig dazu, dass Innovatoren ihre eigenen herstellteneinzigartige Materialien.
Eine Studie aus den Proceedings der National Academy of Sciences PNAS erklärte, wie ein Tool modernen Ingenieuren diese Aufgabe erleichtern könnte. Ein Team der Northwestern University hat eine Möglichkeit geschaffen, Milliarden von Nanopartikeln schnell für eine bestimmte Verwendung zu testen.
„Bei der Verwendung traditioneller Methoden zur Identifizierung neuer Materialien haben wir kaum die Oberfläche des Möglichen zerkratzt“, sagte Northwestern. Chad A. Mirkin . Mirkin fungierte als korrespondierender Autor der Studie und ist eine globale Autorität in der Nanotechnologieforschung und ihren Anwendungen. „Diese Forschung liefert einen Proof-of-Concept - dass dieser leistungsstarke Ansatz für die Entdeckungswissenschaft funktioniert.“
Wird kleiner als größer
Das neue Tool verwendet eine Megabibliothek von Nanopartikeln. Diese Megalbibliotheken fungieren als Sammlung verschiedener Strukturen, die an bestimmten Stellen auf einer Oberfläche codiert sind, erklärten die Forscher.
Mit einer von Mirkin entwickelten Technik setzen die Bibliotheken Hunderttausende von Pyramidenspitzen auf einzelne Polymerpunkte. Diese "Punkte" sind mit einer Vielzahl von Metallsalzen beladen. Sobald die Forscher die Punkte erhitzen, reduzieren sie sich zu Metallatomen, die a bildeneinzelne Nanopartikel mit einer bestimmten und festen Zusammensetzung und Größe.
Anstatt mit Materialien "groß zu denken" - wie es andere Forscherteams getan haben - sagte Mirkin, dass es dem nordwestlichen Team einen deutlichen Vorteil verschafft, klein zu werden.
„Wenn wir klein werden, schaffen wir zwei Vorteile bei der Entdeckung von Materialien mit hohem Durchsatz“ sagte Mirkin.
„Erstens können wir Millionen von Features in Quadratzentimeterbereiche packen und so einen Weg für die bisher größten und komplexesten Bibliotheken schaffen. Zweitens kann durch Arbeiten auf der Skala unter 100 Nanometern die Größe a werdenBibliotheksparameter und ein Großteil der Maßnahmen, beispielsweise auf dem Gebiet der Katalyse, liegen auf dieser Längenskala ", fuhr er fort.
Wie die Großbibliothek verwendet werden könnte
Northwestern hat bereits einige Glück gehabt, diese Großbibliothek auf die Probe zu stellen. Sie haben sich mit dem United States Air Force Research Laboratory zusammengetan, das Teil des Exzellenzzentrums der US-Luftwaffe für fortschrittliche bioprogrammierbare Nanomaterialien in Northwestern ist.
Die Megalibliothek und eine auf Raman-Spektroskopie basierende In-situ-Screening-Technik namens ARES halfen den Forschern, einen neuen Gold-Kupfer-Katalysator zu identifizieren. Er kann als Katalysator für die Synthese einwandiger Nanoröhren aus Kohlenstoff verwendet werden.
Kohlenstoffnanoröhren sind in der Nanotechnologie und Nanotechnik immer beliebter geworden. Sie sind leicht, flexibel und unglaublich stark. Sie wurden in allen Bereichen eingesetzt, von der Arzneimittelabgabe bis hin zu Additiven in Kunststoffen.
„Wir konnten schnell eine optimale Zusammensetzung finden, die die höchste Nanoröhrenausbeute viel schneller als mit herkömmlichen Methoden liefert.“ sagte Benji Maruyama, Mitautor der Studie des Air Force Research Laboratory.
„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir möglicherweise das ultimative Entdeckungswerkzeug haben - einen potenziellen Wegbereiter bei der Materialentdeckung.“