Разработка поможет создаваь умные материалы, которые быстро меняют цвет и другие свойства. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemical Engineering.
Исследователи из Мичиганского университета и Университета Индианы разработали наночастицы, которые по команде могут менять конфигурацию и перестраиваться в различные организованные структуры. Такой подход может привести к созданию «умных» материалов и покрытий, способных переключаться между оптическими, механическими и электронными свойствами.
В ходе исследования ученые поместили наночастицы в крошечные жидкостные каналы в микрофлюидной проточной ячейке. Это устройство позволило исследователям вводить в ячейку различные жидкости, одновременно наблюдая за смесью под электронным микроскопом.
Используемые наночастицы притягиваются друг к другу, но с помощью электростатического отталкивания ученые разделяли их, позволяя образовывать упорядоченные структуры.
Наночастицы, представляющие собой кубики из золота, либо идеально выстраивались в аккуратный кластер, либо образовывали более беспорядочную компоновку. Окончательный результат зависел от свойств жидкости, в которой были подвешены блоки, а замена среды заставляла наноблоки быстро переключаться между двумя компоновками.
Наблюдение за перестройкой частиц при смене жидкости
Наночастицы слишком малы, чтобы манипулировать ими вручную, но этот подход может помочь инженерам научиться перестраивать другие наночастицы, изменяя их среду. Ученые провели компьютерное моделирование, которое позволило определить силы, ответственные за взаимодействие и объединение частиц.
Мы считаем, что теперь у нас достаточно хорошее понимание физических процессов, чтобы предсказать, что произойдет, если мы используем частицы другой формы или из другого материала.
Тим Мур, научный сотрудник кафедры химической инженерии Университета Мичигана и соавтор исследования
Принцип переключения наночастиц, например, помогает хамелеонам менять цвет, адаптируясь к среде. В коже этих животных изменяются расстояния между нанокристаллами. Создание управляемых наночастиц открывает, в том числе, возможность для проектирования материалов с подобными свойствами.
