3D-gedruckte Nanopartikel könnten zu neuen formveränderlichen Materialien führen

Die Form der Nanopartikel ist entscheidend für die Eigenschaften des resultierenden Materials. Wendy Gu, Assistenzprofessorin für Maschinenbau, und ihr Team nutzten eine 3D-Nanodrucktechnik, um Zehntausende dieser komplexen Nanopartikel herzustellen, die sich selbständig in verschiedene kristalline Strukturen organisieren können. Diese Fähigkeit, schnell zwischen Zuständen zu wechseln, indem die Partikel in neue geometrische Muster umgeordnet werden, ähnelt dem atomaren Umordnungsprozess, der Eisen in gehärteten Stahl verwandelt, und könnte in vielen technischen Bereichen Anwendung finden.

“Ein Kristall aus Nanokugellagern wird sich anders anordnen als ein Kristall aus Nanowürfeln, und diese Anordnungen führen zu sehr unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften”, sagte Wendy Gu, Assistenzprofessorin für Maschinenbau an der Stanford University, bei der Vorstellung ihrer neuesten Arbeit, die in der Fachzeitschrift Nature Communications erscheint. “Wir haben eine 3D-Nanodrucktechnik angewandt, um eine der vielversprechendsten bekannten Formen zu erzeugen: Archimedische abgestumpfte Tetraeder. Dabei handelt es sich um mikrometergroße Tetraeder mit abgeschnittenen Spitzen.

Speziell formen die Archimedischen abgestumpften Tetraeder zwei bedeutende geometrische Strukturen: Ein hexagonales Muster, bei dem die Tetraeder flach auf dem Substrat ruhen, und eine quasi-diamantene Struktur, die in der Photonik als “Heiliger Gral” gilt und potenziell neue wissenschaftliche Richtungen eröffnen könnte.

“Mit dem 3D-Nanodruck können wir fast jede gewünschte Form herstellen. Wir können die Form der Partikel sehr genau steuern”, erklärte Gu. “Simulationen haben ergeben, dass diese spezielle Form sehr interessante Strukturen bilden kann. Wenn man die Partikel auf verschiedene Weise zusammensetzen kann, ergeben sich wertvolle physikalische Eigenschaften”.

Zukünftige Materialien, die aus diesen 3D-gedruckten Partikeln bestehen, könnten durch Anwendung eines Magnetfeldes, elektrischen Stroms, Hitze oder anderer Methoden schnell umstrukturiert werden, was Anwendungen von selbstjustierenden Beschichtungen für Solarmodule bis hin zu neuen Speichertypen für Computer ermöglicht.

“Im Moment arbeiten wir daran, diese Teilchen magnetisch zu machen, um zu kontrollieren, wie sie sich verhalten”, sagte Gu über ihre neuesten Forschungen, die bereits im Gange sind und bei denen Nanopartikel aus archimedischen abgestumpften Tetraedern auf neue Weise eingesetzt werden. “Die Möglichkeiten werden gerade erst erforscht.”

Diese Forschung, unterstützt durch die National Science Foundation und die Stanford Graduate Fellowship, zeigt das immense Potenzial der 3D-Nanodrucktechnologie und legt den Grundstein für zukünftige Innovationen in der Materialwissenschaft und darüber hinaus.