گروهی از محققان آمریکایی برای اولین بار از ترکیب دو روش پخش اشعه ایکس با زاویه پایین (SAXS) و پراش اشعه ایکس (XRD) میکرو برای مطالعه ابرشبکه‌های سه‌بعدی تک‌وجهی استفاده کرده‌اند.
تنظیم ویژگی‌های تجمعی ابرشبکه‌های نانوذره‌ای مصنوعی
نظم‌دهی دقیق ابرشبکه‌های دوبعدی و سه‌بعدی که با استفاده از خودآرایی نانوبلورهای منفرد تولید می‌شوند، امکان کنترل کوپل‌شدن مغناطیسی، اُپتیکی و الکترونیکی نانوبلورهای منفرد را فراهم می‌آورد. این کنترل می‌تواند منجر به ایجاد ویژگی‌های تجمعی مفیدی همچون یکپارچگی ارتعاشی، تبدیل برگشت‌پذیر از فلز به عایق، رسانایی بالاتر، انتقال وابسته به اسپین الکترون، فرو و فری مغناطیسی شدن بهتر، انتقال مغناطیسی قابل تنظیم و انتقال موثر بار شود. این ویژگی‌ها کاربردهای بالقوه زیادی در پیل های خورشیدی، ترانزیستورهای اثر زمینه، دیودهای نورافشان، حسگرها و مواد رسانای نوری دارند.
گروهی از محققان مرکز مواد نانومقیاس در آزمایشگاه ملی آرگون، بخش علوم اشعه ایکس در منبع فوتون پیشرفته آرگون (APS)، دانشگاه شیکاگو و دانشگاه نورث‌وسترن برای اولین بار از ترکیب دو روش پخش اشعه ایکس با زاویه پایین (SAXS) به شکل شبه‌هیدروستاتیک و فشار بالا و پراش اشعه ایکس (XRD) میکرو برای مطالعه ابرشبکه‌های سه‌بعدی تک‌وجهی که از خودآرایی نانوبلورهای ۷ نانومتری PbS ایجاد شده‌اند، استفاده کرده‌اند. ترکیب دو روش SAXS و XRD امکان ارزیابی دقیق فضای میان‌ذره‌ای را در طول چرخه فشار ایجاد می‌کند، زیرا تغییر حجم نانوبلورهای منفرد حساب می‌شود. از گاز نئون به عنوان عامل انتقال فشار استفاده شد تا امکان نشت لیگاندهای آلی از سطح نانوبلورها و همچنین از بین رفتن یکپارچگی ساختاری ابرشبکه‌ها به‌دلیل سینتر شدن وجود نداشته باشد.
(a) نمای شماتیک از آزمایش‌های فشار بالا در سلول الماسی سندانی (diamond anvil cell).
(b) و (c) تصاویر میکروسکوپ الکترونی از ابرشبکه‌های سه‌بعدی حاصل از خودآرایی نانوبلورهای کروی ۷ نانومتری PbS؛(d) و (e) پخش اشعه ایکس با زاویه کوچک و الگوهای پراش اشعه ایکس میکرو.
آزمایش‌های SAXS در محدوده فشار معمولی تا ۵/۱۲ گیگاپاسکال نشان‌دهنده پایداری ساختاری تقریباً کامل این ابرشبکه‌ها با ساختار بلوری وجوه مرکز پر (fcc)) برای نانوبلورها بود. بررسی‌های XRD نشان دادند که نانوبلورها در ابرشبکه‌ها دارای جهت‌گیری ترجیحی قوی در طول چرخه فشار تا ۵۵ گیگاپاسکال هستند.
به نظر می‌رسد پایداری ساختاری بالای ابرشبکه‌ها و امکان تنظیم فاصله میان‌ذره‌ای آنها نویدبخش دستکاری بیشتر ویژگی‌های تجمعی جامدات مصنوعی خودآرا باشد. از جمله این جامدات می‌توان به ساختارهایی اشاره کرد که از نانوبلورهایی تشکیل شده‌اند که در فشار بالا دچار انتقال فاز می‌شوند. ترکیب XRD و SAXS فشار بالا فرصت‌های منحصر به فردی برای جمع‌آوری اطلاعات مستقیم درباره ویژگی‌های مکانیکی واحدهای ساختمانی منفرد و معماری سلسه‌مراتبی آنها در اختیار محققان قرار می‌دهد.
جزئیات این تحقیق در مقاله‌ای با عنوان:
“High-Pressure Structural Stability and Elasticity of Supercrystals Self-Assembled from Nanocrystals”
در مجله Nanoletters منتشر شده است.
