Forscher des MIT und ihre Kooperationspartner haben mithilfe flexibler molekularer Verbindungen bisher unbekannte Nanopartikel-Kristallstrukturen geschaffen. Der Ansatz wendet sich von der herkömmlichen Strategie ab, mit starren Verbindungen zu steuern, wie sich Partikel zusammenlagern. Stattdessen können sich die Verbindungen biegen und anpassen, während sich die Partikel zusammenfügen.

Die Verbindungen, sogenannte Liganden, heften sich an die Oberflächen der Nanopartikel. Im System des Teams tragen flexible Polymerketten an ihren Enden positive oder negative Ladungen. Die Anziehung zwischen entgegengesetzten Ladungen hilft dabei, die Partikel miteinander zu verbinden, während die Flexibilität der Ketten beeinflusst, mit wie vielen benachbarten Partikeln sich jedes einzelne verbinden kann.

Experimente zeigten, dass sich diese Verbindungen und die daraus entstehenden Strukturen durch eine Veränderung der Nanopartikelgrößen und der Polymerkettenlängen beeinflussen ließen. Indem die Zahl der Verbindungen zwischen den Partikeln begrenzt wurde, erzeugten die Forscher offenere Kristallanordnungen statt der dicht gepackten Muster, die sich üblicherweise bilden.

Die Ergebnisse stellen einen Ansatz infrage, der die Anordnung von Nanopartikeln seit etwa 20 Jahren geprägt hat: Verbindungen starr zu gestalten, damit die Partikel in sorgfältig kontrollierten Ausrichtungen gehalten werden. Die Resultate des Teams legen nahe, dass Flexibilität selbst die Struktur eines Materials mitbestimmen kann, ohne dass Wissenschaftler die Richtung jeder einzelnen Verbindung im Voraus festlegen müssen.

Die Arbeit, geleitet von Forschern des MIT in Zusammenarbeit mit Kollegen der University of Delaware, wird in einem Beitrag beschrieben, der in Nature Materials erscheinen soll. Die Forscher sagen, die Methode könnte die Entwicklung von Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften unterstützen und für Anwendungen unter anderem in der Elektronik, Medizin, Energie, Photonik und chemischen Katalyse relevant sein. Um den Ansatz in kommerzielle Technologien zu überführen, wären weitere Entwicklungen erforderlich.

Quellen: ScienceDaily.