Новая теория объясняет рост наночастиц, преодолевая столетнюю классическую модель

Южнокорейские учёные из Университета Чунг-Анг разработали новую теорию, объясняющую сложную динамику роста наночастиц, которая преодолевает ограничения классической теории нуклеации, существовавшей более века.

Наночастицы играют ключевую роль в современных технологиях, включая квантовые точки для дисплеев, нанокатализаторы и системы доставки лекарств. Их свойства зависят от размера и формы, но механизмы формирования частиц одинакового размера оставались плохо изученными.

Используя просвечивающую электронную микроскопию в жидкой среде, исследователи в реальном времени наблюдали рост сотен коллоидных наночастиц размером в несколько нанометров. Результаты показали сложную размерозависимую динамику с несколькими кинетическими фазами.

Эта теория знаменует фундаментальный сдвиг в нашем понимании формирования наночастиц и их эволюции во времени

Новая модель учитывает шесть ключевых характеристик: энергию наночастиц, их форму, конфигурационную вырожденность, коэффициент диффузии мономеров и скорость ассоциации мономеров на поверхности частиц. Теория также учитывает трансляцию, ротацию и вибрацию наночастиц, а также их взаимодействие с окружающими молекулами.

Интересно, что теория предсказывает, что меньшие наночастицы могут расти, в то время как более крупные растворяются, что противоречит классической картине созревания Оствальда. Это объясняет, почему системы наночастиц демонстрируют равномерное распределение по размерам.

Теория имеет широкую применимость и была проверена на различных наночастицах, включая платиновые, оксиды металлов и полупроводниковые наночастицы в различных экспериментальных условиях.

Как отмечает профессор Джеёнг Санг: «Эта общая теория может также использоваться для понимания формирования биологических конденсатов и агрегации, которые происходят при многих нейродегенеративных заболеваниях, включая болезнь Альцгеймера».

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.