ساختار اتخاذ شده توسط نانوذرات سولفید سرب معمولا به‌طور شگفت‌انگیزی هنگام جمع شدن برای تشکیل ابرشبکه‌ها مرتب تغییر می‌کند. تیمی به سرپرستی گرهارد گروبل، خود سازماندهی و خودآرایی این نانوذرات نیمه‌هادی را در زمان واقعی مشاهده کردند.
مطالعه تنوع ساختار نانوذرات در حین تشکیل ابرشبکه
نانوذرات سولفید سرب در سلول‌های فتوولتائیک، دیودهای ساطع کننده نور و سایر وسایل الکترونیکی استفاده می‌شود. در این مطالعه، محققان روش خود سازماندهی ذرات برای تشکیل یک فیلم بسیار منظم را بررسی کردند. آنها این کار را با قرار دادن یک قطره مایع (۲۵ میلیونیم لیتر) حاوی نانوذرات در داخل یک سلول کوچک را انجام داده و اجازه دادند حلال به آرامی در طول دو ساعت تبخیر شود. سپس دانشمندان از اشعه ایکس استفاده کردند تا در زمان واقعی مشاهده کنند که ذرات در طول آرایش چه ساختاری ایجاد می‌کنند.
در کمال تعجب، ساختار پذیرفته شده توسط ذرات چندین بار در طول فرایند تغییر کرد. لوکتوا از محققان این پروژه می‌گوید: «ابتدا می‌بینیم که نانوذرات یک تقارن شش ضلعی ایجاد می‌کنند که منجر به یک نانوذره جامد با ساختار شبکه‌ای شش ضلعی می‌شود. اما سپس ابرشبکه به‌طور ناگهانی تغییر می‌کند و تقارن مکعبی را نشان می‌دهد. همان‌طور که خشک شدن آن ادامه می‌یابد، این ساختار دو تغییر دیگر ایجاد می‌کند، که تبدیل به یک ابر شبکه با تقارن چهار ضلعی و در نهایت یکی با تقارن مکعبی متفاوت می‌شود. این توالی تغییر ساختار قبلاً با چنین جزئیاتی شناسایی نشده بود.»
این تیم معتقداند که تشکیل ساختار شش ضلعی (HCP) تا زمانی که سطح ذرات توسط حلال متورم می‌شود، ادامه می‌یابد. هنگامی که فیلم کمی خشک می‌شود، ساختار داخلی آن به تقارن مکعبی (BCC) تغییر می‌کند. با این حال، باقی مانده‌های حلال هنوز بین نانوذرات منفرد درون فیلم باقی مانده است. با تبخیر بیشتر، ساختار دو بار دیگر تغییر می‌کند (BCT و FCC).
همان‌طور که لوکتوا توضیح می‌دهد، ساختار نهایی فیلم به عوامل مختلفی بستگی دارد. این عوامل شامل نوع حلال و سرعت تبخیر آن، اندازه و غلظت نانوذرات و همچنین ماهیت لیگاندهای احاطه کننده ذرات و چگالی آنها است. دانشمندان از اصطلاح لیگاند برای توصیف مولکول‌های خاصی استفاده می‌کنند که به سطح نانوذرات متصل شده و از تجمع آنها جلوگیری می‌کند. در این مطالعه، این تیم برای این منظور از اسید اولئیک استفاده کردند. مولکول‌های آن ذرات را می‌پوشاند تا این ذرات به هم نچسبند، این فرایندی کاملاً رایج در فناوری‌نانو است.
لوکتوا می‌گوید: «تحقیقات ما نشان می‌دهد که ساختار نهایی ابرشبکه به این بستگی دارد که آیا نانوذرات منفرد توسط تعداد زیادی مولکول اسید اولئیک احاطه شده‌اند یا خیر. در مطالعه قبلی، ما فیلم‌هایی با ساختار بلوری BCC/BCT هنگامی که چگالی لیگاند زیاد بود به‌دست آوردیم. در اینجا، ما به‌طور خاص از نانوذرات با چگالی لیگاند پایین استفاده کردیم و این منجر به ساختار FCC شد. بنابراین، هنگام استفاده از نانوذرات، چگالی لیگاند باید تعیین شود.»
نتایج این تحقیق در مجله Chemistry of Materials منتشر شده‌است. این مطالعه به درک بهتر خودآرایی نانوذرات کمک می‌کند که می‌تواند منجر به ساختارهای متفاوت شود.
