In einem Design, das ein schwer zu doppelte Textur Seesterne Muscheln imitiert , University of Michigan -Ingenieure haben abgerundete Kristalle , die keine Facetten gemacht .
" Wir nennen sie nanolobes . Sie sehen aus wie kleine Heißluftballons , die von der Oberfläche steigen werden ", sagte Olga Shalev , Doktorand in Material- und Ingenieurwissenschaften , die an dem Projekt gearbeitet .
Sowohl die nanolobes " Form und die Art, wie sie gemacht versprechendsten Anwendungen haben , sagen die Forscher. Die Geometrie könnte potentiell nützlich , um Licht in advanced LEDs , Solarzellen und nicht reflektierenden Oberflächen zu führen .
Eine Schicht könnte helfen, ein Material abstoßen Wasser oder Schmutz . Und der Prozess verwendet werden, um sie herzustellen - Organic Vapour Jet Printing - könnte sich 3D - Drucken Medikamente, die besser in den Körper aufnehmen und machen personalisierte Dosierung möglich zu verleihen.
Die nanoskaligen Formen von Bor Subphthalocyanin Chlorid, einem Material oft in organischen Solarzellen verwendet werden. Es ist in einer Familie von kleinen Molekülverbindungen , die entweder flach Filme oder facettierte Kristalle mit scharfen Kanten machen neigen , sagt Max Shtein , UM Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen , makromolekularen Natur- und Ingenieurwissenschaften , Chemie und Kunst und Design.
" In meiner langjährigen Arbeit mit diesen Arten von Materialien , habe ich noch nie gesehen, Formen, wie diese aussah. Sie sind erinnert an , was man von biologischen Prozessen zu bekommen", sagte Shtein . "Die Natur kann manchmal Kristalle, die glatt sind zu produzieren, aber Ingenieure nicht in der Lage , um es sicher zu tun. "
Stachelhäuter Meeresbewohner wie Schlangensterne haben abgerundete Strukturen auf ihren Körpern , die als Linsen arbeiten, um Licht in ihrer rudimentären Augen sammeln bestellt . Aber in einem Labor , Kristalle der gleichen Mineralien zusammen neigen entweder mit ebenen Flächen und scharfen Kanten oder glatte, aber nicht über molekulare Ordnung facettiert werden.
Die UM Forscher machten die gekrümmte Kristalle durch Unfall vor mehreren Jahren. Sie haben seit ihrer Schritte verfolgt und herausgefunden, wie es mit Absicht tun .
Im Jahr 2010 Shaurjo Biswas , dann Doktorand am UM wurde Herstellung von Solarzellen mit der organischen Dampfstrahldrucker . Er war die Maschine neu zu kalibrieren , nachdem das Umschalten zwischen Materialien. Ein Teil der Rekalibrierung beinhaltet unter einen genauen Blick auf die frischen Materialschichten , von Filmen, auf einer Platte gedruckt.
Biswas geröntgt mehrere Filme mit unterschiedlichen Dicken um die Kristallstruktur zu beobachten. Er bemerkte, dass das Bor Subphthalocyanin Chlorid, die in der Regel nicht bestellt Formen bilden begann , dies zu tun , sobald der Film bekam dicker als 600 Nanometer . Er machte einige dickere Filme zu sehen, was passieren würde.
"Am Anfang haben wir uns gefragt , ob unsere Apparatur wurde ordnungsgemäß funktioniert, " sagte Shtein .
Bei 800 Nanometer dick , entstand die Wiederholungs nanolobe Muster jedes Mal .
Lange Zeit waren die Blobs Lab Kuriositäten. Die Forscher waren auf andere Dinge konzentriert. Dann Doktorand Shalev bekam beteiligt . Sie wurde von den Strukturen begeistert und wollte die Ursache für das Phänomen zu verstehen. Sie wiederholte die Versuche in einer modifizierten Vorrichtung , die mehr Kontrolle über die Bedingungen gegeben , um sie systematisch zu variieren.
Shalev arbeitete mit Physik-Professor Roy Clarke , ein besseres Verständnis für die Kristallisation und Maschinenbau -Professor Wei Lu zu gewinnen , um die Entwicklung der Oberfläche zu simulieren. Sie ist der erste Autor einer Abhandlung über die in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications veröffentlichten Ergebnisse .
"Soweit wir wissen, kann keine andere Technologie, dies zu tun ", sagte Shalev .
Die organische Dampfstrahldruckverfahrenverwenden die Forscher eine Technik Shtein mitentwickelt , als er in Graduiertenschule war . Er beschreibt sie als Spritzlackierung, sondern mit einem Gas statt mit einer Flüssigkeit. Es ist billiger und einfacher für bestimmte Anwendungen als konkurrierende Ansätze, die Schablonen beinhalten oder nur in einem Vakuum durchgeführt werden tun , sagt Shtein . Er ist vor allem hoffnungsvoll über die Aussichten für diese Technik auf neue 3D - gedruckten Pharmakonzeptevoranzutreiben.
Beispielsweise Shtein und Shalev glauben bietet dieses Verfahren eine genaue Möglichkeit, die Größe und Form der Partikel Medizin zur leichteren Aufnahme in den Körper zu steuern. Es könnte auch die Medikamente direkt zu anderen Materialien befestigt werden und es nicht Lösungsmittel, Verunreinigungen einführen könnte erfordern .
Die Studie "Wachstum und Modellierung von kugelförmigen kristallinen Morphologien der molekularen Materialien . " Mit dem Titel Die Forschung wurde von der US Department of Energy , Office of Basic Energy Sciences im Rahmen des Zentrums für Sonnenenergie- und Thermal Energy Conversion finanziert. Unterstützung kam auch von der National Science Foundation und der Air Force Office of Scientific Research . Studie Zusammenfassung: doi: 10.1038 / ncomms6204