Montagem Controlada Camada a Camada Eletrostática para Partículas Compostas Micro e Nanoescala

Resumo

Este trabalho relata uma nova técnica de fabricação de nanocompósitos controlada aplicável para design de materiais via método de montagem micro e nanoescala. O princípio baseia-se no uso de adsorção eletrostática de partículas com carga de superfície modificada via montagem camada a camada. A polaridade e o potencial zeta da carga de superfície foram controlados usando policátions e polianiões, enquanto a força do potencial zeta foi controlada via número de camadas de revestimento alternadas, determinado por medição de potencial zeta. Um estudo sistemático foi conduzido para demonstrar a viabilidade de montagem de material composto via adsorção eletrostática usando compósito de alumina (Al₂O₃) e sílica (SiO₂) como modelo de estudo, realizado em função do potencial zeta de superfície, porcentagem de cobertura de superfície e tempo de processamento. O potencial considerável desta técnica para design de material composto é ainda mais demonstrado com montagem controlada envolvendo diferentes materiais em várias formas estruturais como fibra, whisker, nanofolhas e até espuma de uretano com estrutura irregular. Os materiais compostos projetados usando este método EA possuem bons potenciais para serem utilizados em várias aplicações como controle de propriedades mecânicas, formação de filmes cerâmicos compostos, sinterização a laser seletiva e bateria metal-ar recarregável.

Introdução

Na sociedade focada em nanoescala atualmente, design e fabricação de nanoarquitetura nunca foram tão cruciais e têm visto desenvolvimento rápido nos últimos anos. Montagens bottom-up como monocamadas auto-montadas e técnica de montagem camada a camada (LbL) utilizando adsorção eletrônica têm atraído interesse significativo de pesquisadores [1,2,3]. Isso levou a um novo conceito conhecido como nano-arquitetônica onde uma integração de nanoarquitetura híbrida de polímero e inorgânica é usada para design morfológico em nanoescala [4]. Desde a descoberta por Decher et al., a maioria dos trabalhos relatados envolveu a formação de uma ou múltiplas camadas de filmes (revestimentos) em superfícies e focando em engenharia molecular de superfície [5, 6], polímeros conjugados, bio-componentes, grafeno e fulereno [7]. O método LbL abriu potencial significativo para desenvolvimento de materiais avançados que requerem design preciso como core-shells para liberação de fármacos e cristais fotônicos, bem como moléculas funcionais seletivas [8, 9]. No entanto, montagem controlada de micro e nanopartículas usando técnica de adsorção eletrostática é raramente relatada [10]. Mo et al. demonstraram a montagem de nano-hastes de ZnO baseada em hemisfério oco usando termólise hidrotérmica de precursor de Zn na presença de 2 g de polímero de cadeia longa com grande grupo lateral, poli(sulfonato de sódio 4-estireno) (PSS) [11]. Eles mencionaram que a presença de uma cadeia longa solúvel em água com grande grupo lateral é crucial para a formação da estrutura montada única que consiste em hemisférios ocos. A cadeia longa é dita promover agrupamento de partículas coloidais secundárias que levariam a subsequente cristalização e dissolução limitadas por espaço. Usando conceito similar, também foi demonstrado ser possível fabricar cascas poliméricas tridimensionais usando núcleos consistindo de template coloidal solúvel por Decher [12, 13] e Caruso et al. [14]. Seus trabalhos estabeleceram a base para mais design de materiais usando o método EA. Também é relatado que o tamanho e densidade de nanoestruturas de um material aplicadas durante bioengenharia poderiam induzir especificamente propriedades biológicas desejadas [15, 16]. Visalakshan et al. relataram sobre formação controlada versátil e escalável de partículas de Au ligadas covalentemente em intercamada de polimetiloxazolina depositada por plasma com nano-topografia bem definida que poderia ser aplicada a tecnologias relacionadas a engenharia de biomateriais [15]. Em outro trabalho relatado por Li et al., demonstraram a viabilidade de obter microesferas bifuncionais consistindo de Fe₂O₃ (núcleo) e SiO₂ (casca) com nanopartículas de Au adsorvidas na superfície através de interação com polietilenimina via método LbL. O compósito híbrido bifuncional exibiu excelente desempenho catalítico em redução orgânica e inorgânica enquanto possuía propriedade superparamagnética que permitia separação eficiente usando campo magnético [17]. Os trabalhos supracitados enfatizaram ainda a importância de montagem micro e nanoescala para geração de propriedades desejadas para várias aplicações funcionais avançadas. Olhando para fabricação em larga escala, Hueckel e Sacanna relataram sobre método de reação mistura-e-derrete que permite produção rápida em massa de coloides core-shell anisotrópicos usando auto-montagem eletrostática [18]. No método LbL, apesar da possível aplicação de partículas/coloides não carregados, os carregados ainda permanecem o método comumente usado através da montagem de policieletrólito multicamadas [19]. Além da utilização de policieletrólito, o potencial zeta também pode ser controlado usando ajuste de pH dependendo do material usado na formação do compósito [20, 21]. A aplicação sequencial de policieletrólitos de carga oposta poderia aumentar a força de carga de superfície e estabilidade dos revestimentos de policieletrólito que podem ser determinados usando medição de potencial zeta [13, 22]. Quando o potencial zeta de uma partícula com carga de superfície modificada é equivalente ou maior que +/− 40 mV, reporta-se ser suficiente para obter boa interação eletrostática estável para evitar aglomeração e permanecer em forma coloidal [21, 23]. Apesar do avanço e desenvolvimento do método LbL, sua utilização para design de materiais e compósitos é raramente relatada apesar de seu enorme potencial. Portanto, neste trabalho, não apenas demonstramos um método mais fácil e superior para obter uma mistura homogênea de materiais usando o método EA, mas também realizamos a viabilidade de design de material composto que cruza fronteiras entre materiais e forma. O potencial do método EA foi ainda expandido demonstrando a viabilidade deste método para decoração de aditivos desejados em materiais de estrutura irregular como espuma de uretano, nitreto de boro (BN) tipo folha e materiais estruturados tipo haste. Quanto a métodos convencionais de mistura como moagem mecânica, muitas vezes ocorre onde a estrutura do precursor é degenerada ou alterada devido a impacto volátil e geração de calor. Além disso, aglomeração da mistura também ocorre o que então afetaria as propriedades finais dos materiais compostos [21, 24, 25]. Para superar este problema, um método para design preciso em nanoescala de materiais é indispensável para impulsionar manufatura de precisão avançada. A Figura 1 é um esquema que mostra a comparação das microestruturas que poderiam ser obtidas via método convencional de moagem mecânica com ocorrência de agregação comparado a uma nova decoração homogênea de materiais compostos via método EA. Uma microestrutura bem distribuída poderia ser obtida usando os materiais compostos decorados homogeneamente para gerar as propriedades desejadas de um material composto funcional. Em um trabalho recentemente relatado, uma decoração homogênea de nanopartículas de óxido de índio-estanho (ITO) na superfície de poli(metil metacrilato) (PMMA) foi demonstrada usando o método EA. Os pós compostos ITO-PMMA obtidos foram então usados para fabricar um pellet com boa transparência na região de luz visível e efeito de blindagem de luz IR controlável [21]. Portanto, uma visão clara do método EA para montagem micro e nanoescala é vital para enfatizar a viabilidade e potencial desta técnica para design de materiais. O princípio fundamental para este novo trabalho é ilustrado na Fig. 2 onde o controle de carga de superfície é realizado usando policieletrólitos (policátions e polianiões) para permitir decoração homogênea de partículas aditivas desejadas na partícula primária/mãe. Utilizando a força atrativa, nanocompósitos com homogeneidade significativa poderiam ser alcançados independentemente da complexidade estrutural. A preservação das nanoestruturas primárias e secundárias como nanofibras e nanohastes poderia ser alcançada comparado ao método convencional de moagem mecânica que destruiria sua estrutura morfológica original. Em termos de custo de fabricação, o método EA também é um método mais econômico. Freymann et al. também enfatizaram que o método EA é um excelente método de montagem bottom-up para fabricação de cristais fotônicos em oposição às abordagens top-down extremamente caras [8]. A viabilidade demonstrada do design de compósito nano-arquitetônico demonstrado neste novo trabalho poderia ser uma plataforma útil para várias aplicações devido à sua competitividade de custo e simplicidade. Formação em temperatura ambiente e a homogeneidade superior deste método mantêm vantagem significativa para tecnologia de fabricação baseada em pó precisa como deposição por aerossol [25], tecnologia de impressão 3D cerâmica e manufatura aditiva por sinterização a laser [26, 27]. A aplicabilidade deste método EA para aplicações práticas úteis também é demonstrada em nosso trabalho recentemente relatado para blindagem IR [21], controle de propriedade mecânica de compósito de carbono-alumina [24] e bateria Fe-ar recarregável [20].

Comparação das microestruturas obtidas usando a método convencional de moagem mecânica e b nova técnica de adsorção eletrostática para fabricação de materiais compostos

Esquema de ajuste de carga eletrostática de superfície usando policátions e polianiões para formação de partícula composta

Procedimentos Experimentais

Formação de Partículas Compostas Al₂O₃-SiO₂

Os experimentos foram realizados usando partículas esféricas monodispersas de SiO₂ disponíveis comercialmente (diâmetro médio de partícula 8,8 µm, Ube EXSYMO) e partículas de alumina (Al₂O₃) (tamanho médio de partícula 100 nm, Taimei Chemical Co., Ltd.). O policátion e polanião usados foram cloreto de polidialildimetilamônio (PDDA) (peso molecular médio 100.000 a 200.000, Sigma-Aldrich) e sulfonato de polissódio estireno (PSS) (peso molecular médio 70.000, Sigma-Aldrich), respectivamente. As partículas primárias de SiO₂ foram imersas nos policieletrólitos na ordem de PDDA, PSS, PDDA e PSS para induzir carga de superfície negativa. Quanto às partículas de Al₂O₃, a carga de superfície foi preparada por imersão em PSS e PDDA para obter carga de superfície positiva. O potencial zeta de superfície foi controlado por revestimento multicamadas repetitivo pelo processo LbL [12, 13, 28]. Finalmente, a suspensão de partículas de SiO₂ e Al₂O₃ com potencial zeta oposto foram misturadas. O pH da solução preparada estava nas proximidades de 7-8 (neutro). Quando PDDA ou PSS foi adicionado em solução aquosa, o pH da solução mudou para aproximadamente 5,5 e 6,8, respectivamente. Após adição de PDDA e PSS, as soluções foram então lavadas e enxaguadas várias vezes (até quatro vezes) para remover o excesso de PDDA e PSS da solução. Após lavagem e enxágue, o pH retornou ao pH original de aproximadamente 7-8. Embora a suspensão obtida fosse estável por vários dias, elas foram usadas para montagem eletrostática algumas horas após preparação. Partículas eletrostaticamente carregadas menores (secundárias) foram atraídas e aderidas nas partículas maiores (primárias) formando as partículas compostas nano/micro. O esquema do processo de fabricação geral das partículas compostas Al₂O₃-SiO₂ é mostrado na Fig. 3. As partículas compostas Al₂O₃ e SiO₂ foram misturadas e agitadas por até 180 min para permitir adsorção completa. Na investigação de controle de cobertura, a quantidade de adsorção de partículas foi ajustada alterando a proporção de mistura dos precursores usando a fórmula abaixo:

$$ {W}_a=C{V}_a{\rho}_a\frac{W_m}{\rho_m{V}_m} $$ (1)

Esquema de formação de partícula composta Al₂O₃-SiO₂ após processo de revestimento camada a camada de PDDA e PSS

W_a é a quantidade de partícula adicionada (g), C é a razão de cobertura das partículas secundárias nas partículas primárias (C = S_a/S_m; S_a é a área transversal [m²] das partículas aditivas enquanto S_m é a área de superfície das partículas primárias [m²]), V_a é o volume de uma partícula aditiva [m³], ρ_a é a densidade das partículas aditivas [g/m³], W_m é a quantidade das partículas primárias [g], ρ_m é a densidade das partículas primárias [g/m³], e V_m é o volume de uma partícula primária [m³]. Neste estudo, a quantidade de partículas aditivas foi ajustada para 25, 50 e 75% de coberturas de superfície de uma quantidade constante de partículas primárias de SiO₂. A estimativa de cobertura do compósito Al₂O₃-SiO₂ obtido também foi calculada a partir das imagens de MEV e tabulada na Tabela 1. Em um estudo diferente sobre o efeito do tempo de deposição durante o processo de reação, a duração para formação de partículas compostas Al₂O₃ e SiO₂ foi investigada em intervalos de 5, 15 e 60 min com cobertura constante de 25%.

Formação de Partículas Compostas SiO₂-SiO₂ com Controle de Tamanho

Nesta investigação, a fim de demonstrar a viabilidade de projetar um compósito que consiste do mesmo material mas de tamanhos diferentes, SiO₂ com tamanhos de partícula de 1, 4 e 16 µm (Ube EXYMO) foram usados. Quanto às partículas primárias de SiO₂ de 16 µm, um revestimento LbL de PDDA/PSS/PDDA/PSS foi realizado enquanto para as partículas secundárias menores de SiO₂ de 1 e 4 µm, revestimento LbL de PDDA/PSS/PDDA foi realizado. As suspensões foram então misturadas e agitadas adequadamente.

Formação de Várias Combinações de Compósitos Usando Método EA

A fim de demonstrar ainda mais a viabilidade e flexibilidade deste novo método no design de compósitos envolvendo vários materiais e formas, materiais como Al₂O₃, polimetil metacrilato (PMMA), nanotubo de carbono (CNT), nitreto de boro (BN), fibra de carbono e carbeto de silício (SiC) na forma estrutural de fibra, whisker, nanofolha e estrutura de espuma irregular foram usados para formar os compósitos via método EA. Dependendo do material, a modificação de carga de superfície difere. Para Al₂O₃ e SiO₂ que possuem carga de superfície positiva e negativa, respectivamente, PSS e PDDA foram usados para induzir carga oposta até que o potencial zeta seja maior que +/− 40 mV antes da montagem eletrostática. Para materiais que exibem potencial zeta baixo ou desprezível como PMMA, microesferas de carbono, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano, uma camada inicial de surfactante, desoxicolato de sódio (SDC), foi usada para revestir e induzir carga de superfície negativa na superfície seguida por PDDA. Múltiplas camadas alternadas de PDDA e PSS foram ajustadas até que o potencial zeta seja maior que +/− 40 mV antes da mistura para permitir montagem eletrostática. Por exemplo, para obter compósito consistindo de microesfera de carbono-Al₂O₃, a superfície da partícula primária Al₂O₃ foi modificada com carga de superfície usando PSS para induzir carga de superfície negativa. Quanto às microesferas de carbono secundárias, um revestimento inicial de SDC foi realizado e seguido por PDDA para gerar potencial zeta de superfície positivo. Se o potencial zeta for menor que +40 mV, revestimento alternado de PSS/PDDA é realizado para obter potencial de superfície mais alto e estável para montagem eletrostática. Então, a solução aquosa de Al₂O₃ e microesfera de carbono com carga de superfície modificada foram misturadas e agitadas para promover o processo de adsorção eletrostática. Uma abordagem similar foi aplicada a PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano antes do processo de montagem eletrostática.

Método, Observação Morfológica e Medição

Um homogeneizador ultrassônico (QSonica, LLC., Q 700) foi usado para dispersar partículas aglomeradas em solução. Um liofilizador (FDU-1200, Tokyo Science Instrument Co., Ltd.) foi usado para secar a suspensão de partículas compostas obtida. As morfologias obtidas após EA foram observadas usando Microscópio Eletrônico de Varredura de Emissão de Campo S-4800 (FE-SEM, Hitachi S-4800). O potencial zeta foi medido usando equipamento de medição da Otsuka Electronics Co. Ltd., ELSZ-1 e Micro Tech Nission, ZEECOM Co. Ltd.

Resultados e Discussão

A Figura 4 mostra as imagens de MEV das partículas compostas Al₂O₃-SiO₂ obtidas com as diferentes coberturas de 25, 50 e 75%, respectivamente. Pode-se observar claramente que as nanopartículas de Al₂O₃ são distribuídas homogeneamente sobre a superfície da partícula de SiO₂. Das imagens de MEV, a quantidade de partículas de Al₂O₃ adsorvidas na superfície das partículas de SiO₂ foi calculada e resumida na Tabela 1. Dos resultados obtidos, os valores de cobertura estimada medida são aproximados às coberturas alvo pretendidas de 25, 50 e 75%. Este resultado mostra que usando este novo método EA, a cobertura poderia ser controlada ajustando a quantidade de partículas aditivas mantendo uma cobertura homogênea muito boa onde as partículas secundárias de Al₂O₃ são distribuídas uniformemente na superfície da partícula primária de SiO₂ sem qualquer sinal de aglomeração ou manchas concentradas. No estudo separado do tempo de reação durante a mistura e agitação, as imagens de MEV das partículas compostas (cobertura 25%) obtidas após 5, 15 e 60 min são mostradas na Fig. 5. A quantidade de partículas aditivas depositadas na partícula primária de SiO₂ foi observada aumentar com o tempo. É notável que mesmo em um curto tempo de mistura e agitação de 5 min, as partículas aditivas são vistas distribuídas uniformemente na superfície das partículas de SiO₂ (não aglomeradas). Com tempos prolongados de mistura e agitação de 15 e 60 min, a quantidade de Al₂O₃ depositado aumentou accordingly. Após 60 min, a quantidade de partículas de Al₂O₃ obtidas em SiO₂ é similar à obtida na cobertura de distribuição de 25% mencionada acima. Isso mostra que a deposição de partículas do método EA é dependente do tempo de reação (mistura e agitação). O comportamento geral de dependência de tempo de adsorção de Al₂O₃ em SiO₂ para diferentes razões de cobertura bem como o potencial zeta medido são resumidos na Fig. 6. Da Fig. 6a, para obter cobertura de 25%, o tempo necessário para atingir um platô de deposição é 60 min enquanto aqueles com cobertura de superfície mais alta requerem tempo prolongado até 180 min. O atraso de deposição é causado pelo aumento de suspensão de partículas de Al₂O₃ levando ao aumento de adsorção de Al₂O₃ em SiO₂ que subsequentemente resultou na ocorrência de efeito de impedimento estérico [5, 29]. Da Fig. 6b, pode-se ver que o potencial zeta aparente do compósito Al₂O₃-SiO₂ mudou gradualmente de negativo para positivo com aumento da cobertura de partículas aditivas de Al₂O₃. À medida que a quantidade de partículas de Al₂O₃ carregadas positivamente adsorvidas em SiO₂ aumentou, o potencial zeta positivo da superfície também aumentou o que gerou um efeito de blindagem impedindo o subsequente Al₂O₃ de ser adsorvido em SiO₂ e causa o atraso de deposição. A distribuição homogênea de partículas de Al₂O₃ carregadas positivamente sobre a superfície de SiO₂ quase na mesma distância entre cada partícula de Al₂O₃ resultou na geração do efeito estérico que se pensa ser equivalente ao da partícula de SiO₂ carregada negativamente. Portanto, isso resulta no alcance de ponto isoelétrico. No trabalho relatado por Xu et al., eles relataram observação quase similar onde, controlando a densidade de carga de policieletrólito, a rugosidade do filme de membrana e variação de distância do substrato bem como a importância de restrições estéricas ao espaçamento íon-íon em pareamento de policieletrólito foram mostradas [30].

Imagens de MEV das partículas compostas Al₂O₃-SiO₂ com diferentes coberturas de a 25, b 50 e c 75%, respectivamente

Imagens de MEV das partículas compostas Al₂O₃-SiO₂ que foram misturadas e agitadas por a 5, b 15 e c 60 min, respectivamente, com quantidade fixa de partículas aditivas de 25% de cobertura

a Comportamento de dependência de tempo de adsorção de Al₂O₃ em partícula de SiO₂ para várias razões de cobertura de suspensão. b Potencial zeta de partículas compostas Al₂O₃-SiO₂ obtidas usando porcentagem de cobertura variável. Três amostras independentes foram preparadas e uma média de cinco medições foram realizadas para obter o desvio padrão

Na demonstração de formação de partículas compostas que consistem do mesmo material mas de tamanhos diferentes, também é importante ajustar o potencial zeta de superfície ajustando o número de revestimentos alternados de policieletrólito. Arquivo adicional 1: Figura S1 mostra o aumento gradual do potencial zeta com o número de revestimentos alternados de PDDA e PSS. O potencial zeta aumentou uma vez de aproximadamente -30 para -60 mV após quatro camadas de revestimento. As imagens de MEV das partículas compostas de SiO₂ são mostradas na Fig. 7, que mostram uma excelente distribuição de sub-micro partículas de SiO₂ em uma partícula de SiO₂ de 16 µm. Na Fig. 7a, partículas sub-micro de SiO₂ de aproximadamente 1 µm são vistas distribuídas homogeneamente sobre a superfície de uma partícula de SiO₂ de 16 µm enquanto na Fig. 7b, micropartículas maiores de SiO₂ de aproximadamente 4 µm são vistas bem distribuídas de forma similar. Isso mostra que ajustando a força da carga de superfície, partículas aditivas maiores também poderiam ser utilizadas para fabricação de materiais compostos via método EA. Para demonstrar ainda mais a viabilidade e aplicabilidade deste novo método, vários materiais como Al₂O₃, PMMA, CNT, BN, fibra de carbono, SiC e uretano envolvendo várias formas como fibra, whisker e espuma de estrutura irregular foram usados para formação de compósito. As morfologias dos compósitos obtidos são mostradas na Fig. 8 indicando decoração homogênea de partículas aditivas desejadas sobre várias partículas primárias e estruturas via método EA. Na Fig. 8a-c, a decoração de diferentes estruturas como microesferas de carbono, CNT de alto aspecto, e nanofolhas de BN em diferentes materiais consistindo de Al₂O₃, PMMA e microesfera de SiO₂ são mostradas respectivamente. Por outro lado, a decoração homogênea de nanopartículas de SiO₂ e Al₂O₃ em estruturas não esféricas e irregulares foi demonstrada em fibra de carbono, whisker de SiC e espuma de uretano, como mostrado na Fig. 8d-f respectivamente. Portanto, este trabalho único demonstrou uma nova técnica de montagem controlada micro e nanoescala que tem enorme potencial para design de materiais cobrindo vários materiais bem como dimensões morfológicas que poderiam oferecer impacto influente para o desenvolvimento e design de materiais compostos para tecnologias de manufatura de precisão. As limitações do método EA são pré-requisito de preparação aquosa de material que tem densidade maior que água (1 g/cm³), dificuldade em produção em larga escala e exigência de limpeza múltipla para remover os policieletrólitos em excesso da solução. No entanto, deste projeto, um sistema avançado de modificação de carga de superfície de precursores em larga escala foi desenvolvido para produção em escala de montagem nano de material avançado usando equipamento customizado com monitoramento em tempo real. Este equipamento permite o controle e alteração do potencial zeta de carga de superfície (positivo/negativo) de um grande volume de solução aquosa (aproximadamente 10 l) contendo os materiais precursores designados. Após alcançar o potencial zeta desejado, os materiais iniciais com carga de superfície modificada são misturados para promover a subsequente adsorção eletrostática para gerar o material composto desejado.

Imagens de MEV das partículas compostas de SiO₂ que consistem de a partículas de SiO₂ de 1 µm e b partículas de SiO₂ de 4 µm decoradas em uma partícula de SiO₂ de 16 µm pelo método EA que demonstrou distribuição homogênea

Imagens de MEV dos compósitos nano e micro-montados obtidos pelo método EA. a microesferas de carbono-Al₂O₃, b CNT-PMMA, c BN-SiO₂, d SiO₂-fibra de carbono, e Al₂O₃-whisker de SiC e f Al₂O₃-espuma de uretano

Usando o método EA relatado neste trabalho, vários materiais compostos foram fabricados e relatados por nosso grupo para aplicações como propriedades mecânicas controladas de compósito de carbono baseado em alumina [24], formação rápida de filmes cerâmicos compostos por deposição por aerossol em temperatura ambiente [25], propriedade controlada de blindagem de luz IR de compósito polimérico PMMA-ITO [21] e bateria Fe-ar recarregável [20]. Em um trabalho recente envolvendo fabricação de compósito de matriz polimérica PMMA com nanopartículas de ITO, pellet de compósito PMMA-ITO que demonstrou boa transparência na região de luz visível enquanto permitindo controle de efeito de blindagem de luz IR controlando a quantidade de incorporação de nanopartículas de ITO foi relatado [21]. Portanto, além de materiais inorgânicos, isso mostra que o método de montagem eletrostática pode ser aplicado para materiais poliméricos também.

Conclusões

A viabilidade de controlar a cobertura de partícula aditiva em uma partícula primária em uma fabricação de compósito é demonstrada neste novo trabalho. O trabalho experimental fundamental foi realizado por decoração de nanopartículas de Al₂O₃ em micropartículas de SiO₂ como função de cobertura de superfície e tempo de reação. Decoração controlada com coberturas de superfície de 25, 50 e 75% também foram demonstradas ajustando a quantidade de aditivo e tempo de EA. Para o avanço do design de material em nanoescala, também demonstramos a viabilidade de alcançar montagem de compósitos de partículas micro e nanoescala em uma ampla gama de materiais com várias estruturas morfológicas a temperatura ambiente usando método EA. Uma homogeneidade superior com cobertura de superfície controlável também é demonstrada neste novo trabalho. As possíveis aplicações dos materiais compostos fabricados usando o método EA são sinterização a laser seletiva, deposição por aerossol de filmes cerâmicos compostos, materiais de blindagem IR e bateria metal-ar recarregável. As descobertas sistemáticas deste trabalho poderiam estabelecer uma plataforma para design de material em nanoescala para nanofabricação mais sofisticada no futuro.