Chemici hebben een manier gevonden om nanokristallen te maken van metaalnitriden, een klasse materialen die eerdere pogingen tot productie op nanoschaal had getrotseerd. Onderzoekers van de Universiteit van Chicago en het Argonne National Laboratory beschreven de methode in een studie gepubliceerd in Nature. De resultaten zouden alledaagse materialen die worden gebruikt in LED-lampen, medische implantaten en supergeleiders kunnen veranderen in bouwstenen voor een nieuwe generatie flexibele en printbare apparaten.
Een langdurig probleem
Nanokristallen zijn microscopisch kleine kristallen die een centraal onderdeel zijn geworden van de moderne materiaalwetenschap. Quantum dots, een type nanokristal, hielpen bij het inspireren van de Nobelprijs voor Scheikunde 2023. Maar onderzoekers waren er alleen in geslaagd deze kleine structuren te maken uit een beperkt aantal materialen. Metaalnitriden, die gewaardeerd worden omdat ze hard, stabiel en nuttig zijn in elektronica, weerstonden conventionele nanokristalsynthese op de afmetingen en schaal die nodig zijn voor echte toepassingen. Dat liet een kloof achter tussen de materialen waar de industrie van afhankelijk is en de materialen die wetenschappers konden verkleinen tot op nanoschaal.
Bijna een dozijn nieuwe materialen
De methode opende een veel grotere reeks doelwitten. "We konden laten zien hoe je een reeks van bijna een dozijn materialen kunt maken die niet konden worden gesynthetiseerd met traditionele methoden", zei Ruiming Lin, een promovendus aan de Universiteit van Chicago en eerste auteur van de studie. De kristallen zijn zo klein dat er miljarden op een vingernagel passen, zei het team, en elektronenmicroscoopbeelden bevestigden de resultaten.
Wat de materialen zouden kunnen doen
Metaalnitriden voeden al veel technologieën. Galliumnitride wordt veel gebruikt in LED-verlichting en displays. Titaannitride komt voor in medische implantaten. Niobiumnitride fungeert als supergeleider en molybdeennitride werkt als katalysator. Tot nu toe konden deze materialen meestal alleen in stijve, omvangrijke vormen worden gebruikt. In nanokristalvorm zouden ze op flexibele oppervlakken kunnen worden geprint, in nieuwe soorten verlichting kunnen worden gebruikt of in medische apparaten kunnen worden gebouwd die buigen en meebewegen met het lichaam. De onderzoekers zeggen dat het recept ingenieurs een veel grotere gereedschapskist geeft voor het ontwerpen van de apparaten van de toekomst.