Lego unter der Lupe: Nanoshell-Strukturen

Lego unter der Lupe: Nanoshell-Strukturen
Lego unter der Lupe: Nanoshell-Strukturen
Anonim

Die Methode der Selbstorganisation ermöglicht den Erh alt von Materialien mit einzigartigen optischen Eigenschaften

Das Heptamer mit sieben Nanoschalen hat einzigartige optische Eigenschaften.
Das Heptamer mit sieben Nanoschalen hat einzigartige optische Eigenschaften.
Allmählicher „Aufbau“der Goldhülle um den Siliziumkern.
Allmählicher „Aufbau“der Goldhülle um den Siliziumkern.

Das Heptamer mit sieben Nanoschalen hat einzigartige optische Eigenschaften.

Wissenschaftler von vier US-Universitäten haben einen Weg gefunden, lichtempfindliche Nanoschalen als Bausteine für planare und massive Strukturen zu verwenden, die Anwendungen in chemischen Sensoren, Nanolasern und ungewöhnlichen lichtabsorbierenden Materialien finden könnten. So wie ein Kind Häuser und Autos aus Legosteinen baut, ermöglicht die chemische Selbstorganisation Wissenschaftlern, komplexe Strukturen zu schaffen, die Licht einfangen, speichern und verzerren können.

„Wir haben diese Methode verwendet, um eine Struktur aus sieben Nanoschalen zu erzeugen, die ein spezielles Interferenzmuster erzeugt, das als Fano-Resonanz bezeichnet wird“, sagt Peter Nordlander von der Rice University. „Eine solche Resonanz entsteht durch die spezifischen Effekte der Interferenz von Lichtwellen und wird ausschließlich bei künstlichen Materialien beobachtet. Da diese Heptamere selbstorganisierend sind, sind sie relativ einfach herzustellen, was kommerziell wichtig ist.“

Aufgrund der einzigartigen Natur der Fano-Resonanz können die neuen Strukturen wie kein natürliches Material Licht einfangen, Energie speichern und Strahlung streuen. Laut Nordlander sind die neuen Materialien ideal für die Herstellung hochempfindlicher biologischer und chemischer Sensoren und könnten auch in Nanolasern und optischen integrierten Sch altkreisen verwendet werden.

Die zur Herstellung von Heptameren (sowie Drei-Teilchen-Strukturen – Trimere mit starken magnetischen Eigenschaften) verwendeten Nanoschalen sind 20-mal kleiner als rote Blutkörperchen. Sie bestehen aus einem Siliziumkern, der mit einer Goldhülle umhüllt ist. Synthetisierte Nanoschalen werden mit einer Schicht Polymerdielektrikum bedeckt. Durch Veränderung der Dicke der Goldhülle, der Größe des Kerns und der Verwendung von Dielektrika mit unterschiedlich langen Polymerketten ist es möglich, Nanoschalen herzustellen, die mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge interagieren.

Partikel werden zu Clustern kombiniert, indem ein Tropfen, der Nanoschalen enthält, auf einem hydrophoben Substrat getrocknet wird. In der Anfangsphase der Tröpfchenverdunstung zerfällt es in kleinere, einschließlich solcher, die 3 oder 7 Nanoschalen enth alten. Wenn diese Tröpfchen vollständig verdampfen, werden die Partikel durch Van-der-Waals-Kräfte zusammengeh alten und bilden die notwendigen Strukturen.

Die Methode der Selbstorganisation von zwei- und dreidimensionalen Strukturen ist ein weiteres Anwendungsgebiet von Nanoschalen, die derzeit für diagnostische (z. B. für Vollblut-Immunoassay) und therapeutische Zwecke (z direkte Zerstörung von Krebszellen, gezielte Abgabe von Medikamenten).

Pressemitteilung der Rice University

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