Nanočestice su super sićušne – male kao jedan nanometar ili milijardu metra – i od velikog su interesovanja naučnicima o materijalima zbog svojih jedinstvenih fizičkih i hemijskih svojstava. Ne mogu se otkriti golim okom i zahtevaju visoko specijalizovani elektronski mikroskop da bi se videli.
U stvari, napredak u tehnologijama snimanja tokom 1990-ih i ranih 2000-ih je ono što je omogućilo polje nanonauke, kaže En Bentli, član fakulteta na Odseku za hemiju na koledžu Levis & Clark u Portlandu, Oregon.
„Mislim da je mnogo hemije izvan domena onoga što ljudi mogu da drže u svojim rukama“, kaže ona. „Možete da dobijete dokaze o tome šta se dešava, ali još uvek istražujete nešto što je premalo da bi vaše oči videle. Bilo šta što možete da uradite da to povećate je od pomoći.“
Tako je Bentli uradio upravo to, stvarajući 3D modele najjednostavnijih geometrijskih oblika koje formiraju nanočestice. Ona je učinila uputstva za kreiranje ovih modela, bilo od papira ili materijala za 3D štampanje, dostupna kao deo članka čiji je koautor, objavljenog u Journal of Chemical Education, pod nazivom „ Primer o ravnima rešetke, kristalnim fasetama i Kontrola oblika nanočestica.“
Nanočestice dolaze u različitim geometrijskim oblicima i kristalne su ili se sastoje od atoma raspoređenih u obrazac koji se ponavlja u tri dimenzije. Oblici prikazuju ravne površine, zvane ravni ili fasete, slične rezovima u dragom kamenu. Raspored atoma na ovim kristalnim površinama utiče na posebna svojstva materijala, kaže Bentli.
„Oblici su izvedeni iz ovog pakovanja atoma“, kaže ona. „Motivacija za pravljenje različitih oblika zaista se svodi na raspored atoma kada se materijal seče na različite načine na različitim kristalnim ravnima.“
U radu, Bentlei se fokusira na oblike niskog indeksa, koje opisuje kao tri najjednostavnija načina da se struktura preseče.
„Postoji mnogo složenijih načina da se to iseče, ali ovo su tri osnovna načina da se to uradi, praveći ih sa šest, osam ili dvanaest strana – kocke, oktaedre ili rombične dodekaedre. Bio je prirodan izbor fokusirati se na ona tri za članak“.
„Nanonauka je tema koja se nalazi između hemije i fizike u nastavnom planu i programu, ali i između istraživanja na dodiplomskom i postdiplomskom nivou“, kaže Bentli.
„Važno je da hemičari početnih materijala imaju fundamentalno razumevanje kristalnih ravni, faseta i pravca rasta. Takođe treba da razumeju trocifreni sistem označavanja koji se koristi za indeksiranje ovih atributa, poznat kao Milerovi indeksi. U suprotnom, ovaj sistem može izgledati kao misteriozna zbrka brojeva.“
Smatrala je da je važno obezbediti osnovu znanja u pristupačnom formatu koji bi mogao da pomogne prosvetnim radnicima u uvođenju ove važne oblasti koja raste. Dok se složenije strukture od 3D štampanih modela mogu kreirati digitalno putem kompjuterskih simulacionih programa, Bentli veruje da postoje prednosti u držanju modela u rukama.
„Volim stvari koje mogu da pogledam i o kojima razmišljam“, kaže ona, dodajući da su 3D modeli posebno korisni za generisanje razumevanja ove ključne teme nanonauke.
U Bentlijevoj laboratoriji, ona i studenti rade na manipulaciji atomima zlata u bočicama tečnosti kako bi kontrolisali oblike nanočestica.
„Morate samo da napravite prave uslove na pravim temperaturama, čitavo okruženje koje je pogodno za uzgoj određenog oblika“, kaže ona.
Bentli proučava nanočestice zlata, koje su istaknute po svojim katalitičkim svojstvima ili sposobnosti da ubrzaju hemijske reakcije. Način na koji se materijal seče otkriva različite obrasce atoma, objašnjava ona. Prethodna istraživanja su identifikovala da je jedan poseban oblik zlatnih nanočestica, 12-strani rombični dodekaedar, efikasniji za pretvaranje ugljen-dioksida u materijale za gorivo.
„To je kao recikliranje“, kaže Bentli. „Ne samo da ovaj oblik nanočestica omogućava istraživačima da uklone ugljen-dioksid iz atmosfere, već im omogućava da ga ponovo pretvore u neku vrstu goriva koje se može koristiti. Dakle, ako možemo da uzgajamo čestice koje imaju samo ovaj aspekt na sebi, to je prava prednost.“
