Japonští vědci objevili zlaté nanočástice, které mění tvar jako tekutina: Klíč k chytrým materiálům budoucnosti

Japonští vědci z Tohoku University učinili průlomový objev v oblasti nanomateriálů. Zjistili, že zlaté nanočástice na rozhraní vzduchu a vody dokážou dynamicky měnit svou strukturu v reakci na změny teploty a mechanické stlačení.

Japonští vědci z Tohoku University učinili průlomový objev v oblasti nanomateriálů. Zjistili, že zlaté nanočástice na rozhraní vzduchu a vody dokážou dynamicky měnit svou strukturu v reakci na změny teploty a mechanické stlačení. Tento objev otevírá cestu k vývoji inteligentních a adaptivních materiálů, které se dokážou dynamicky přizpůsobovat svému prostředí.

Klíčem k tomuto chování je schopnost organických molekul na povrchu nanočástic přerozdělovat se. I malé změny v distribuci těchto molekul mohou vyvolat rozsáhlé strukturální transformace v celé vrstvě nanočástic. Nanočástice s termoresponzivními organickými ligandy na svém povrchu vykazují chování podobné kapalině, které mění jejich celkové uspořádání. Adaptivní pohyb těchto ligandů mění symetrii tvaru částic, což vede k dynamické reorganizaci z izolovaných „ostrůvkovitých“ uspořádání na „síťovitá“.

Vědci syntetizovali zlaté nanočástice potažené dvěma typy organických molekul: teplotně citlivou dendronovou molekulou a jednoduchým lineárním ligandem. Zkoumali, jak se tyto nanočástice chovají při zvyšování teploty a při mechanickém stlačení vrstvy nanočástic. V suchém prostředí je mobilita organických molekul na povrchu nanočástic obvykle velmi omezená a strukturální změny vyžadují teploty nad 100 °C. Tým se proto zaměřil na rozhraní vzduchu a vody, kde se nanočástice potažené hydrofobními molekulami přirozeně shromažďují do dvourozměrných vrstev.

Při pokojové teplotě tvořily nanočástice izolované ostrůvkovité struktury. S rostoucí teplotou se tyto struktury postupně transformovaly na řetězovité uspořádání a poté na velké síťovité vzory, a to již kolem 40 °C. Při stlačení vrstvy se síťové struktury vrátily zpět do ostrůvkovitých domén. Pomocí rentgenových měření v zařízení DESY synchrotron v Hamburku tým identifikoval mechanismus tohoto chování: dva typy povrchových molekul se spontánně přerozdělily po povrchu nanočástic v reakci na vnější podněty. To změnilo zdánlivou symetrii nanočástic a řídilo rozsáhlou reorganizaci celého uspořádání.

Schopnost kontrolovaně reorganizovat uspořádání anorganických nanočástic je zásadní, protože jejich optické, elektronické a magnetické vlastnosti silně závisí na jejich uspořádání. Tento objev tak poskytuje účinnou metodu pro ladění vlastností materiálů a otevírá nové možnosti pro design chytrých a adaptivních materiálů, které dynamicky reagují na své prostředí. Práce byla publikována v prestižním časopise Journal of the American Chemical Society.