新材料的发现定义了不同的文明时代，因为新材料推动了新的能力。然而，确定给定应用的最佳材料 - 催化剂，光捕获结构，生物诊断标签，药品和电子设备 - 传统上是一项缓慢而艰巨的任务。选项几乎是无限的，特别是在纳米级(纳米是十亿分之一米)的情况下，即使在固定的成分下，材料特性 - 光学，结构，电学，机械和化学 - 也会发生显着变化。
本周在美国国家科学院院刊(PNAS)上发表的一项新研究支持西北大学开发的一种具有革命性的新工具的功效，该工具能够快速测试数百万(甚至数十亿)纳米颗粒，以确定特定用途的最佳效果。
“当利用传统方法识别新材料时，我们几乎没有触及可能的表面，”西北大学的研究对应作者，纳米技术研究及其应用的世界领导者Chad A. Mirkin说。“这项研究提供了概念验证 - 这种发现科学的强大方法是有效的。”
该新型工具以非常受控的方式利用纳米颗粒的组合库或巨型库。(组合库是在表面上的特定位点编码的系统变化的结构的集合)。这些库是使用Mirkin的聚合物笔光刻(PPL)技术创建的，该技术依赖于具有数十万个金字塔尖端的阵列(数据元素集)来沉积各种尺寸和成分的单个聚合物“点”，每个聚合物都装有不同的金属盐感兴趣的，在表面上。一旦加热，这些点被还原成金属原子，形成固定组成和尺寸的单个纳米颗粒。
“通过小规模，我们在高通量材料发现中创造了两个优势，”维尔贝格艺术与科学学院的George B. Rathmann化学教授Mirkin说。麦考密克工程学院化学与生物工程，生物医学工程和材料科学与工程教授; 西北大学国际纳米技术研究所(IIN)执行董事。“首先，我们可以将数百万个特征打包到平方厘米区域，为迄今为止创建最大和最复杂的库创建了一条路径。其次，通过在亚纳米级长度范围内工作，大小可以成为库参数例如，在催化领域，大部分行动都在这个长度范围内。“
这项新研究是西北大学IIN与空军研究实验室的合作伙伴关系，是美国空军西北部高级生物可编程纳米材料卓越中心的一部分。该团队利用一种名为ARES™的巨型图书和基于原位拉曼光谱的筛选技术来鉴定Au3Cu(一种金铜组合物)，作为合成单壁碳纳米管的新催化剂。(ARES由空军研究实验室材料与制造理事会柔性材料与工艺研究团队负责人Benji Maruyama和空军研究实验室和UES公司研究科学家Rahul Rao共同开发)
碳纳米管是轻质，柔韧且比钢更强的分子，用于储存能量，药物输送和用于许多塑料材料的增强性能的添加剂。筛选过程不到一周即可完成，比传统筛选方法快数千倍。
研究报告的共同作者Maruyama说：“我们能够迅速实现最佳纳米管产量的最佳组合，比传统方法快得多。” “研究结果表明，我们可能拥有最终的发现工具 - 材料发现的潜在改变者。”