Blocos de nanocubos se montam espontaneamente na água para criar minúsculos quadriculados flutuantes. Os pesquisadores projetaram cubos nanométricos que formam espontaneamente um padrão quadriculado bidimensional quando caídos na superfície da água. O trabalho, publicado na Nature Communications, apresenta uma abordagem simples para criar nanoestruturas complexas por meio de uma técnica chamada automontagem. “É uma maneira legal de obter materiais para se construir”, disse a coautora sênior do estudo, Andrea Tao, professora do Departamento de Engenharia Química e Nano da Família Aiiso Yufeng Li da Universidade da Califórnia em San Diego. “Você não precisa entrar em um laboratório de nanofabricação e fazer todas essas manipulações complexas e precisas.
“Cada nanocubo é composto por um cristal de prata com uma mistura de moléculas hidrofóbicas (oleosas) e hidrofílicas (amantes da água) ligadas à superfície. Quando uma suspensão desses nanocubos é introduzida em uma superfície de água, eles se organizam de tal forma que tocam em suas bordas de canto. Esse arranjo cria um padrão alternado de cubos sólidos e espaços vazios, resultando em um padrão quadriculado. O processo de automontagem é conduzido pela química da superfície dos nanocubos. Uma alta densidade de moléculas hidrofóbicas na superfície une os cubos para minimizar sua interação com a água. Enquanto isso, as longas cadeias de moléculas hidrofílicas causam repulsão suficiente para criar vazios entre os cubos, criando o padrão quadriculado.
Para fabricar a estrutura, os pesquisadores aplicaram gotas da suspensão de nanocubo em uma placa de Petri contendo água. O tabuleiro quadriculado resultante pode ser facilmente transferido para um substrato mergulhando o substrato na água e retirando-o lentamente, permitindo que a nanoestrutura o cubra. Este estudo resulta de um esforço colaborativo entre vários grupos de pesquisa que fazem parte do Centro de Ciência e Engenharia de Pesquisa em Materiais da UC San Diego (MRSEC). O trabalho contou com uma combinação sinérgica de técnicas computacionais e experimentais. “Construímos um ciclo de feedback contínuo entre nossos cálculos e experimentos”. “Usamos simulações computacionais para nos ajudar a projetar os materiais na nanoescala e prever como eles se comportarão.
Também usamos nossos resultados experimentais em laboratório para validar as simulações, ajustá-las e construir um modelo melhor.”Ao projetar o material, os pesquisadores escolheram nanocubos de cristal de prata devido à experiência do laboratório Tao em sua síntese. Determinar a química de superfície ideal exigiu experimentação computacional extensiva, que foi liderada por Gaurav Arya, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais da Universidade Duke e coautor sênior do estudo. As simulações identificaram as melhores moléculas para se ligarem aos nanocubos e previram como os cubos interagiriam e se montariam na superfície da água. As simulações foram refinadas iterativamente usando dados experimentais obtidos pelo laboratório de Tao.
A microscopia eletrônica realizada pelo laboratório do coautor do estudo Alex Frañó, professor do Departamento de Física da UC San Diego, confirmou a formação das estruturas quadriculadas desejadas. Ele prevê aplicações para o quadriculado nanocubo em sensoriamento óptico. “Essa nanoestrutura pode manipular a luz de maneiras interessantes”, explicou. “Os espaços entre os cubos, particularmente perto das bordas dos cantos onde os cubos se conectam, podem atuar como pequenos pontos críticos que focam ou aprisionam a luz. Isso pode ser útil para fazer novos tipos de elementos ópticos, como filtros em nanoescala ou guias de onda.” Os pesquisadores planejam explorar as propriedades ópticas do tabuleiro de xadrez em estudos futuros.
