Fødsel af nanopartikler set af Argonne -forskere for første gang

Et team af forskere ved det amerikanske energiministeriums Argonne National Laboratory og Carnegie Institution i Washington er lykkedes med at "se" nanopartikler vokse i realtid.

Den revolutionerende teknik giver forskere mulighed for at lære om de tidlige stadier af nanopartikelgenerering, længe et mysterium på grund af utilstrækkelige sonderingsmetoder, og kan føre til forbedret ydeevne af nanomaterialerne i applikationer, herunder solceller, sansning og mere.

"Nanokrystalvækst er grundlaget for nanoteknologi, "sagde hovedforsker Yugang Sun, en Argonne -kemiker. "At forstå det vil give forskere mulighed for mere præcist at skræddersy nye og fascinerende nanopartikelegenskaber."

Måden nanopartikler ser ud og opfører sig på afhænger af deres arkitektur:størrelse, form, tekstur og overfladekemi. Det her, på tur, afhænger meget af de betingelser, de dyrkes under.

"Nøjagtigt at kontrollere nanopartikler er meget svært, "Sun forklaret." Det er endnu sværere at reproducere de samme nanopartikler fra batch til batch, fordi vi stadig ikke kender alle betingelserne for opskriften. Temperatur, tryk, fugtighed, urenheder - de påvirker alle vækst, og vi bliver ved med at opdage flere faktorer. "

For at forstå, hvordan nanopartikler vokser, forskerne skulle faktisk se dem i gerningen. Problemet var, at elektronmikroskopi, den sædvanlige metode til at se ned i atomniveauet af nanopartikler, kræver et vakuum. Men mange slags nanokrystaller skal vokse i et flydende medium - og vakuumet i et elektronmikroskop gør dette umuligt. En særlig tynd celle gør det muligt at analysere en lille mængde væske i et elektronmikroskop, men det begrænsede stadig forskerne til et flydende lag, der kun var 100 nanometer tykt, hvilket adskiller sig væsentligt fra de reelle betingelser for nanopartikelsyntese.

For at løse dette problem, Sun fandt ud af, at han havde brug for at bruge de meget højenergirøntgenstråler, der findes på Sektor 1 i Argonnes Advanced Photon Source (APS), som støder op til laboratoriets Center for Nanoskala materialer, hvor han arbejder. Mønsteret af røntgenstråler spredt af prøven tillod forskerne at rekonstruere de tidligste stadier af nanokrystaller sekund for sekund.

"Denne teknik giver en skattekiste af information, især på krystallernes kerne- og væksttrin, som vi aldrig havde kunnet få før, "sagde Sun.

Intensiteten af ​​røntgenstrålerne påvirker væksten af ​​nanokrystaller, Solen sagde, men virkningerne blev først betydelige efter en særlig lang reaktionstid. "At få et klart billede af vækstprocessen giver os mulighed for at kontrollere prøver for at få bedre resultater, og til sidst, nye nanomaterialer, der vil have en bred vifte af applikationer, ”Forklarede Sun.

Nanomaterialerne kunne bruges i fotovoltaiske solceller, kemiske og biologiske sensorer og endda billeddannelse. For eksempel, ædelmetal nanoplader kan absorbere nær-infrarødt lys, så de kan bruges til at øge kontrasten i billeder. I et muligt tilfælde, en injektion af specielt skræddersyede nanopartikler i nærheden af ​​en kræftpatients tumorsted kan øge billedkontrasten mellem normale og kræftceller, så læger kan kortlægge tumoren præcist.

"Nøglen til dette gennembrud var den unikke evne for os at arbejde med forskere fra Advanced Photon Source, Center for Nanoskala materialer og Elektronmikroskopi Center - alt på ét sted, "Sagde Sun.