変形可能な材料:研究者らがナノ粒子を誘導して再構成させる(Morphable materials: Researchers coax nanoparticles to reconfigure themselves)

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2024-08-19 ミシガン大学

ミシガン大学とインディアナ大学の研究者たちは、ナノ粒子が環境の変化に応じて自己組織化する様子をリアルタイムで観察する技術を開発しました。この技術は電子顕微鏡とマイクロ流体装置を組み合わせており、ナノ粒子が液体の性質に応じて異なる構造に再配置される様子を観察できます。これにより、色やその他の特性を変更できるスマートなコーティング材の開発が可能になると期待されます。この研究は、ナノ粒子の配置を制御するための手法を提供し、将来的には薬剤開発などに応用できる可能性があります。

<関連情報>

ナノキューブ自己組織化経路のエンジニアリングと直接イメージング Engineering and direct imaging of nanocube self-assembly pathways

Yaxu Zhong,Timothy C. Moore,Tobias Dwyer,Alex Butrum-Griffith,Vincent R. Allen,Jun Chen,Yi Wang,Fanrui Cheng,Sharon C. Glotzer & Xingchen Ye
Nature Chemical Engineering  Published:06 August 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s44286-024-00102-9

変形可能な材料:研究者らがナノ粒子を誘導して再構成させる(Morphable materials: Researchers coax nanoparticles to reconfigure themselves)

Abstract

Nanoparticle self-assembly offers a scalable and versatile means to fabricate next-generation materials. The prevalence of metastable and nonequilibrium states during the assembly process makes the final structure and function directly dependent upon formation pathways. However, it remains challenging to steer the assembly pathway of a nanoparticle system toward multiple superstructures while visualizing in situ. Here we use liquid-cell transmission electron microscopy to image complete self-assembly processes of gold nanocubes, a model shape-anisotropic nanocolloidal system, into distinct superlattices. Theoretical analysis and molecular dynamics simulations indicate that the electrostatic screening of the medium dictates self-assembly pathways by its effects on the interactions between nanocubes. We leverage this understanding to demonstrate on-the-fly control of assembly behavior through rapid solvent exchange. Our joint experiment–simulation–theory investigation paves the way for elucidating the relationships among building block attributes, assembly pathways and superstructures in nanoscale assembly and opens new avenues for the bottom-up design of reconfigurable and adaptive metamaterials.

1700応用理学一般
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