Wissenschaftler in Neuseeland und Australien, die auf atomarer Ebene arbeiteten, schufen etwas Unerwartetes: winzige Metallschneeflocken.
Warum ist das wichtig? Denn einzelne Atome dazu zu bringen, in der gewünschten Weise zusammenzuarbeiten, führt durch Nanomaterialien zu einer Revolution in Technik und Technologie. (Und Schneeflocken zu machen ist cool.)
Strukturen im Nanomaßstab (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) können die Elektronikfertigung unterstützen, Materialien stärker und gleichzeitig leichter machen oder durch die Bindung von Giftstoffen zur Umweltreinigung beitragen.
Um metallische Nanokristalle herzustellen, haben neuseeländische und australische Wissenschaftler mit Gallium experimentiert, einem weichen, silbrigen Metall, das in Halbleitern verwendet wird und sich ungewöhnlich knapp über Raumtemperatur verflüssigt.
Ihre Ergebnisse wurden gerade in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
Professor Nicola Gaston und Forschungsstipendiatin Dr. Steph Lambie, beide von Waipapa Taumata Rau, University of Auckland, und Dr. Krista Steenbergen von Te Herenga Waka, Victoria University of Wellington, arbeiteten mit Kollegen in Australien unter der Leitung von Professor Kourosh Kalantar-Zadeh an der Universität von New South Wales.
Das australische Team arbeitete im Labor mit Nickel, Kupfer, Zink, Zinn, Platin, Wismut, Silber u
Aluminium, Züchten von Metallkristallen in einem flüssigen Gallium-Lösungsmittel.
Metalle wurden bei hohen Temperaturen in Gallium gelöst. Nach dem Abkühlen traten die Metallkristalle aus, während das Gallium flüssig blieb.
Das neuseeländische Team, Teil des MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology, einem nationalen Exzellenzzentrum für Forschung, führte Molekulardynamik-Simulationen durch, um zu erklären, warum unterschiedlich geformte Kristalle aus verschiedenen Metallen entstehen. (Der Marsden Fund der Regierung unterstützte die Forschung.)
„Was wir lernen, ist, dass die Struktur des flüssigen Galliums sehr wichtig ist“, sagt Gaston. „Das ist neu, weil wir uns normalerweise vorstellen, dass Flüssigkeiten keine Struktur haben oder nur zufällig strukturiert sind.“
Durch Wechselwirkungen zwischen den atomaren Strukturen der verschiedenen Metalle und dem flüssigen Gallium entstehen unterschiedlich geformte Kristalle, zeigten die Wissenschaftler.
Die Kristalle umfassen Würfel, Stäbe, sechseckige Platten und die Zink-Schneeflockenformen. Die sechsarmige Symmetrie von Zink, bei der jedes Atom von sechs gleich weit entfernten Nachbarn umgeben ist, erklärt sein Schneeflockendesign.
„Im Gegensatz zu Top-down-Ansätzen zur Bildung von Nanostrukturen – durch Wegschneiden von Material – basiert dieser Bottom-up-Ansatz auf der Selbstorganisation von Atomen“, sagt Gaston. „So stellt die Natur Nanopartikel her, und es ist sowohl weniger verschwenderisch als auch viel genauer als Top-Down-Methoden.“
Sie sagt, die Forschung habe einen neuen, unerforschten Weg für Metallnanostrukturen eröffnet. „Es ist auch etwas wirklich Cooles, eine Schneeflocke aus Metall zu machen!“
