 |
Nanochemistry for directed assembly - from basics towards applications
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
105173 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Deák, András |
| Title in Hungarian |
Nanokémia irányított szerveződéshez - alapoktól alkalmazások felé |
| Title in English |
Nanochemistry for directed assembly - from basics towards applications |
| Keywords in Hungarian |
kolloidika, önszerveződés, nanotechnológia |
| Keywords in English |
colloid chemistry, self-assembly, nanotechnology |
| Discipline |
| Colloid Chemistry (Council of Physical Sciences) | 70 % | | Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences) | 30 % | | Ortelius classification: Physical chemistry |
|
| Panel |
Chemistry 1 |
| Department or equivalent |
Institute of Technical Physics and Materials Science (Centre for Energy Research) |
| Starting date |
2012-09-01 |
| Closing date |
2016-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
6.823 |
| FTE (full time equivalent) |
2.93 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Alapvető kolloid- és fizikai-kémiai törvényszerűségek határozzák meg a kolloidrészecskék közti kölcsönhatásokat, ezáltal szabva meg az egyedi objektumok és a belőlük létrehozott rendszerek méretét, alakját, funkcióját. A kolloid részecskék közötti kölcsönhatások irányíthatóságával számos alkalmazási lehetőség nyílna meg a nanoszkopikus építőelemek közötti kooperatív kölcsönhatások, az ezekből fakadó új funkciók eredményeképpen.
Jelen alapkutatási pályázat célja a kolloid- és fizikai-kémia széles eszköztárával aszimmetrikus szerkezetek létrehozása, továbbá ezen nano-objektumok térben eltérő reaktivitását és fizikai-kémiai tulajdonságait kiaknázva a kölcsönhatások irányítása, ennek segítségével hierarchikus struktúrák kialakítása. Ezen rendszerek a felületi tulajdonságok (pl. nedvesedés, adhézió, stb.) tervezhetősége mellett, a biológiai szempontból meghatározó határfelületek, a katalízis és az optoelektronika területén tarthatnak érdeklődésre számot. A kutatásban érintett anyagi rendszerek alapvetően szerves molekulákra (makromolekulák, polimerek) és szervetlen kolloidrészecskékre (fémek, félvezetők, dielektrikumok) terjednek ki. Különösen érdekesek azon többkomponensű rendszerek, melyeknél speciális fizikai, illetve kémiai effektusok megjelenése várható a különböző építőelemek közötti kölcsönhatások következtében: ilyenek pl. a plazmonikus közel-tér által modulált katalitikus és optoelektronikai folyamatok, avagy a különleges felületi energia eloszlással rendelkező határfelületek, melyek nedvesedési folyamatok és biomolekulák adszorpciója szempontjából kiemelt jelentőségűek.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A tervezett kutatás egyik fő kérdése, hogy milyen módon lehet aszimmetrikus kolloid építőelemek segítségével nanostrukturált szerkezeteket létrehozni, valamint hogy a szerkezetek alkotóelemei között fellépő kooperatív effektusok milyen speciális tulajdonságot eredményeznek? A munka célja megvizsgálni, mely módon és milyen mértékben lehetséges kolloid részecskék anizometrikus alakját és felületi tulajdonságaikat kihasználva a közöttük fellépő kölcsönhatásokat kézben tartani? A részecskék irányított önszerveződése révén lehetőség nyílhat olyan struktúrák létrehozása, melyekben a komponensek között szinergikus kölcsönhatás jöhet létre (palzmonikus közel-tér által befolyásolt optikai, optoelektronikai folyamatok, megnövekedett katalitikus aktivitás, speciális nedvesedési viszonyok felületeken).
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A különféle nanoanyagoknak és nanoszerkezeteknek köszönhetően az utóbbi évtizedekben a kémiai, a fizikai, és a biológiai kutatások területén számtalan új lehetőség nyílt. Különleges tulajdonságaiknak köszönhetően az optika, energia konverzió, katalízis, biomolekula detektálás és gyógyszer hatóanyag leadás témakörében az eddigi koncepciók folyamatos újraértelmezése zajlik.
Ahhoz azonban, hogy az alulról építkező, önszerveződő szerkezetekben rejlő lehetőségeket kiaknázzuk, megfelelő hierarchiába kell az alkotóelemeket rendezni. A struktúraképzés egyik ígéretes lehetőségét kínálja az önszerveződés folyamata, melynek előfeltétele a kolloid rendszerben ható kölcsönhatások kézben tartása. A szerves (makro)molekulákkal ellentétben azonban, melyeknél a fizikai-kémiai inhomogenitás a különféle funkciós csoportok következtében már eleve jelen van, nanorészecskék esetén hiányzik az irányított “kötések” kialakításának képessége. Kiemelt jelentőségű ezért a részecskék aszimmetrikus felületi funkcionalizása. A munka során tanulmányozott kölcsönhatások valamint a vizsgált mérettartomány komoly relevanciával bírnak biológiai rendszerek vonatkozásában is.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Az önszerveződő rendszerekben számos lehetőség rejlik. Segítségükkel a nano-tudományok területén megszerzett új elméleti ismeretek a gyakorlatba is alkalmazhatóak. Ezáltal lehetségessé válhat költséghatékony módon, nanoméretű (méter egymilliomod része) objektumok szerkezetbe rendezése. Az önszerveződés folyamata során a parányi építőelemek a természeti törvények által előre meghatározott struktúrákat hoznak létre. A nanoméretek világában azonban az objektumok közötti kölcsönhatások komplexek, és nagyban eltérnek a mindennapokban megszokott természeti törvényektől. Megfelelően tervezett ‘építőkövek’ létrehozásával, valamint a kis mérettartományokban ható kölcsönhatások kézben tartásával lehetővé válhat az önszerveződésben rejlő hatalmas lehetőségek megvalósítása. A kutatás célja annak tanulmányozása, hogy a nanoméretű objektumok közötti kölcsönhatások miként tervezhetőek és irányíthatóak, valamint hogy ezáltal milyen speciális (optikai, optoelektronikai, felületi) tulajdonságokkal rendelkező szerkezetek hozhatóak létre.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Basic concepts of colloid and physical chemistry are being used to control the interaction between colloidal particles, determining the shape, size, and functionality of the individual objects as well as their assemblies. An emerging field in nanoscience in general, is the symmetry breaking and asymmetry determined interaction/assembly in colloidal systems. The ability to direct the interaction between nanoparticles, could open the way for many advanced applications, where the cooperative interaction between assembled nanoscopic building blocks can result in new or enhanced functionality.
In the proposed fundamental research work, the wide palette of tools from colloid and physical chemistry will be used to create hierarchic and asymmetric nanostructured materials, which can be of interest in areas like surface phenomena (e.g. wettability), catalysis, optoelectronics or bio-science. The material system includes nanoparticles and nanostructures composed of organic molecules (macromolecules, polymers) and inorganic materials (metal, semiconducting, dielectric). Multicomponent assemblies are of special interest, where unique physical or chemical features may arise due to the interaction of the different building blocks in the assembly (e.g. plasmonic near field modulated catalytic or optoelectronic processes, special surface energy landscape of the composite material - important for wettability and the adsorption of biomolecules). The spaciously different reactivity and physical-chemical property of these nano-objects will be used to direct their interaction with each other, creating hierarchical assemblies.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Main question of the proposed research is how asymmetric colloidal building blocks can contribute to create nanostructured materials with advanced functionality, and how special cooperative effect may arise in such assemblies? The planned work pursues to investigate how and to what extend the shape anisometry and site-selective surface modification of colloids can be used to control and direct their interaction? The directed assembly of colloidal building blocks could help to create nanoparticle assemblies where synergic effect arise. These include plasmonic near field enhancement of optical and optoelectronic processes, (photo)catalytic processes, or the creation of special surface energy patterns. Prospective question of the work is how the synthesis of these particles and assemblies with special features can contribute to the fundamental studies regarding the above mentioned areas.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
In the last few decades chemistry, physics and biology have witnessed a vast expansion of the possibilities thank to different nanomaterials and nanostructures. Owing to their unique properties, concepts in optics, energy conversion, catalysis, detection of biomolecules, drug delivery and diagnostics are constantly reinterpreted. To unlock the true potential of nanomaterials, however, they have to be arranged into desired hierarchal structures. The bottom-up approach for the structure formation is a very promising strategy. To fulfill this promise, however, sufficient control over the interactions is desired. But unlike organic (macro)molecules, where physicochemical inhomogeneity might be inherently present due to different functional groups, nanoparticles lack the capability of directional “bond” formation. The proposed work addresses this problem by creating nanoscale building blocks with asymmetric surface functionality. The proposed project can contribute in general to exploit the possibilities of hierarchical assemblies of colloidal building blocks. The interactions and sizes involved in the work are highly relevant also for biological systems.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Bottom-up self-assembly holds great promise to bring the new knowledge obtained in the field of ‘nanoscience’ to real world applications, offering a cost-effective, massively parallel approach to manipulate nanoscale (on the order of one millionth of a meter) building blocks. During self-assembly, the small building blocks are brought together and allowed to organize into structures determined by the laws of nature. At the nanoscale, however, the rules determining the interaction between small object are complex and differ fundamentally from the natural laws we are used to in our daily life. Proper design of the building blocks and the control interactions at this small size scale is desired to fulfill the promise of self-assembling functional systems. The proposed work aims to investigate how the interaction between solution based nanoscale building blocks can be designed and directed, in order to produce structures with special optical, optoelectronic, or surface functionality.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Gergely-Fülöp, E.; Nagy, N.; Deák, A.: Reversible Shape Transition: Plasmonic Nanorods in Elastic Nanocontainers, Materials Chemistry and Physics 2013, 141, 343–347., 2013 | | Eszter Gergely-Fülöp, Zsolt Zolnai, Norbert Nagy, András Deák, István Bársony: FINE TUNING OF REVERSIBLE SHAPE TRANSITION OF GOLD/SILICA CORE/SHELL NANORODS: THE ROLE OF THERMAL TREATMENT AND CHEMICAL SEEDED GROWTH, EMRS 2012 Fall Meeting, September 17-21. 2013, Warsaw, Poland, 2012 | | Eszter Gergely-Fülöp, Gergő Fülöp, Norbert Nagy, András Deák: Plasmonic nanoparticles: optical properties and self-assembly, XVIII. Nemzetközi Vegyészkonferencia, 2012.11.22 - 2012.11.25. Félixfürdõ, Románia, 2012 | | Eszter Gergely-Fülöp, Gergő Fülöp, Norbert Nagy, András Deák: Self-assembly and manipulation of plasmonic nanoparticles, Colloidal Aspects of Nanoscience for Innovative Processes and Materials (COST ACTION CM1101) Szeged, May 26th-28th 2013, 2013 | | András Deák: Interaction of plasmonic nanorods with semiconducting organic materials, INTERNATIONAL WORKSHOP ON FUNCTIONAL NANOSTRUCTURED THIN FILMS, Budapest, December 13th 2012 (invited talk), 2012 | | Gergely-Fülöp, E.; Nagy, N.; Deák, A.: Langmuir-Blodgett films of gold nanorods with different silica shell thicknesses., Periodica Polytechnica: Chemical Engineering (Accepted), 2014 | | 2. Osváth, Z.; Gergely-Fülöp, E.; Nagy, N.; Deák, A.; Nemes-Incze, P.; Jin, X.; Hwang, C.; Biró, L. P.: Controlling the Nanoscale Rippling of Graphene with SiO2 Nanoparticles., Nanoscale 2014, 6, 6030., 2014 | | Gergely-Fülöp, E.; Zámbó, D.; Deák, A.: Thermal stability of mesoporous silica-coated gold nanorods with different aspect ratios., Materials CHemistry and Physics (DOI: 10.1016/j.matchemphys.2014.08.069), 2014 | | Zámbó, D; Deák, A.: Clustering of mPEG coated nanoparticles governed by colloidal interactions., 4th International Colloids Conference, 15-18. June 2014, Madrid, Spain, 2014 | | Deák, A.: Gold nanoparticles: Colloid chemistry and applications, Suzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics (Chinese Academy of Science), 28. May 2014, Suzhou, China (invited seminar), 2014 | | Osváth, Z.; Deák, A.; Kertész, K.; Molnár, G.; Vértesy, G.; Zámbó, D.; Hwang, C.; Biró, L. P.: The Structure and Properties of Graphene on Gold Nanoparticles., Nanoscale 2015, 7, 5503–5509., 2015 | | Merkel, D. G.; Bessas, D.; Zolnai, Z.; Rüffer, R.; Chumakov, A. I.; Paddubrouskaya, H.; Van Haesendonck, C.; Nagy, N.; Tóth, A. L.; Deák, A.: Evolution of Magnetism on a Curved Nano-Surface., Nanoscale 2015, 7 (30), 12878–12887., 2015 | | Zámbó, D.; Radnóczi, G. Z.; Deák, A.: Preparation of Compact Nanoparticle Clusters from Polyethylene Glycol-Coated Gold Nanoparticles by Fine-Tuning Colloidal Interactions., Langmuir 2015, 31, 2662–2668., 2015 | | Albert, E.; Basa, P.; Deák, A.; Németh, A.; Osváth, Z.; Sáfrán, G.; Zolnai, Z.; Hórvölgyi, Z.; Nagy, N.: Introducing Nanoscaled Surface Morphology and Percolation Barrier Network into Mesoporous Silica Coatings., RSC Adv. 2015, 5 (74), 60041–60053., 2015 | | A. Deák: Plasmonic nanoparticles and nanostructures, Smart 2014 – Smart functional materials shaping our future, 19-20. 09. 2014, Debrecen, Hungary (Invited Talk), 2014 | | Bohner, B.; Schuszter, G.; Nakanishi, H.; Zámbó, D.; Deák, A.; Horváth, D.; Tóth, Á.; Lagzi, I.: Self-Assembly of Charged Nanoparticles by an Autocatalytic Reaction Front., Langmuir 2015, 31 (44), 12019–12024., 2015 | | Sepsi, Ö.; Pothorszky, S.; Nguyen, T. M.; Zámbó, D.; Ujhelyi, F.; Lenk, S.; Koppa, P.; Deák, A.: Preparation and characterization of two-dimensional metallic nanoparticle and void films derived from a colloidal template layer, Optics Express 2016, 24 (2), A424., 2016 | | Pothorszky, S.; Zámbó, D.; Deák, T.; Deák, A.: Assembling patchy nanorods with spheres: limitations imposed by colloidal interactions, Nanoscale 2016, 8 (6), 3523–3529., 2016 | | Nagy, N.; Zámbó, D.; Pothorszky, S.; Gergely-Fülöp, E.; Deák, A.: Identification of Dewetting Stages and Preparation of Single Chain Gold Nanoparticle Rings by Colloidal Lithography, Langmuir 2016, 32 (4), 963–971, 2016 | | Stolarczyk, J. K.; Deak, A.; Brougham, D. F.: Nanoparticle Clusters: Assembly and Control Over Internal Order, Current Capabilities, and Future Potential, Advanced Materials 2016, 28 (27), 5400–5424, 2016 | | Zámbó, D.; Pothorszky, S.; Brougham, D. F.; Deák, A.: Aggregation kinetics and cluster structure of amino-PEG covered gold nanoparticles, RSC Advances 2016, 6 (32), 27151–27157, 2016 | | Takács, M.; Zámbó, D.; Deák, A.; Pap, A. E.; Dücső, C.: WO3 Nano-Rods Sensitized with Noble Metal Nano-Particles for H2S Sensing in the Ppb Range, Materials Research Bulletin 2016, 84, 480–485, 2016 | | Osváth, Z.; Gergely-Fülöp, E.; Deák, A.; Hwang, C.; Biró, L. P.: Mapping the Nanomechanical Properties of Graphene Suspended on Silica Nanoparticles., Journal of Experimental Nanoscience 2016, 1–8., 2016 | | Dániel Zámbó, Kohta Suzuno, Szilárd Pothorszky, Dóra Bárdfalvy, Gábor Holló, Hideyuki Nakanishi, Dawei Wang, Daishin Ueyama, András Deák, István Lagzi: Self-assembly of like-charged nanoparticles into Voronoi diagram, Physical Chemistry Chemical Physics, accepted (DOI:10.1039/C6CP04297J), 2016 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
