ENGINEERINGNET.BE - De manier waarop ballen in drie dimensies gestapeld kunnen worden, lijkt een eenvoudig onderwerp. Echter, hoe kleiner de ballen, hoe moeilijker het is om een antwoord te vinden.
Als men probeert om twaalf ballen rond een centrale bal te stapelen, dan leidt de meest efficiënte manier tot een zogenaamde icosaëder. Deze exotische structuur inspireerde wetenschappers om te onderzoeken hoe de stapeling er uit ziet wanneer je ongeveer 10.000 nanodeeltjes wil gebruiken.
Dit mysterie is nu opgelost door onderzoekers van de Soft Condensed Matter-groep van de Universiteit Utrecht, wetenschappers van het Departement Chemie van de Universiteit van Pennsylvania en de EMAT-groep van de Universiteit Antwerpen.
“We onderzochten mengsels van nanoballetjes met twee verschillende diameters”, aldus prof. Sara Bals (UAntwerpen). “De bolletjes werden daarbij opgesloten in bolvormige druppels van olie en water."
"Het is erg uitdagend om de stapeling van zulke kleine deeltjes in drie dimensies te bepalen en daarom werden onze krachtige elektronenmicroscopen gebruikt. De gebruikte techniek heet elektronentomografie en laat toe om nanomaterialen in drie dimensies te bekijken."
"Uit de resultaten bleek dat de stapeling afwijkt van de structuur die je zou verwachten voor klassieke kristallen. De icosahedrale structuur die geobserveerd werd, is namelijk sterk verwant met quasi-kristallen die een vijfvoudige symmetrie vertonen, wat klassiek ’verboden’ is.”
Deze nieuwe inzichten leiden tot een beter fundamenteel begrip over kristallisatie, en stellen wetenschappers in staat om ’fotonische kristallen’ te maken. Deze structuren komen in de natuur voor in het mineraal opaal of in de vleugels van een vlinder.
Bals: “Door fotonische kristallen te groeien met nanodeeltjes, is de voortplanting van licht te beïnvloeden. Dat laat toe om speciale coatings te maken zoals verf die van kleur verandert, afhankelijk van de richting waarlangs je kijkt. Ook binnen de telecommunicatie zijn er toepassingen.”
