Gennembrud i vækst af nanokrystaller

(PhysOrg.com) -- For første gang har videnskabsmænd været i stand til at se nanopartikler vokse fra de tidligste stadier af deres dannelse. Nanopartikler er grundlaget for nanoteknologi, og deres ydeevne afhænger af deres struktur, sammensætning, og størrelse. Forskere vil nu være i stand til at udvikle måder at kontrollere de betingelser, de dyrkes under. Gennembruddet vil påvirke en bred vifte af applikationer, herunder solcelleteknologi og kemiske og biologiske sensorer. Forskningen er publiceret i Nano bogstaver .

Som medforfatter Wenge Yang fra Carnegie Institution's Geophysical Laboratory forklarede:"Det har været meget svært at se disse små partikler blive født og vokse i fortiden, fordi traditionelle teknikker kræver, at prøven er i et vakuum, og mange nanopartikler dyrkes i en metalledende væske. Så vi har ikke kunnet se, hvordan forskellige forhold påvirker partiklerne, meget mindre forstår, hvordan vi kan justere betingelserne for at få en ønsket effekt."

Disse forskere arbejder ved Center for Nanoscale Materials and the Advanced Photon Source (APS) – begge drevet af Argonne National Laboratory – og High Pressure Synergetic Consortium (HPSynC), et program, der i fællesskab drives af Geophysical Laboratory og Argonne. Forskerne brugte højenergi røntgenstråler fra APS til at udføre diffraktionsundersøgelser, der gjorde dem i stand til at få information om materialernes krystalstruktur. Takket være den meget strålende og høje penetration af denne røntgenkilde – den største af sin art i USA – var forskerne i stand til at se krystallerne vokse fra begyndelsen af ​​deres liv. Atomerne spreder røntgenstråler med meget kort bølgelængde, og det resulterende diffraktionsmønster afslører strukturen af ​​disse usædvanlige partikler. Ganske ofte sker den kemiske reaktion på meget kort tid og udvikler sig derefter. Forskerne brugte meget fokuserede højenergi-røntgenstråler og en hurtig områdedetektor, nøglekomponenterne til at gøre denne undersøgelse mulig. Dette er det første tidsløste studie af udviklingen af ​​nanopartikler fra det tidspunkt, de blev født.

HPsynC, er også en del af Energy Frontier for Research in Extreme Environments (EFree) Center, et Energy Frontier Research Center støttet hos Carnegie af DOE-BES. En af missionerne for dette center er at udnytte nye synkrotronstrålingsteknikker til in situ studier af materialers struktur og dynamik under ekstreme forhold og derved at forstå og producere nye energimaterialer.

"Denne undersøgelse viser løftet om nye teknikker til at undersøge krystalvækst i realtid. Vores ultimative mål er at bruge disse nye metoder til at spore kemiske reaktioner, som de opstår under en række forskellige forhold, herunder variable tryk og temperaturer, og at bruge den viden til at designe og fremstille nye materialer til energianvendelser. Dette er et vigtigt fokusområde i HPSynC-programmet, som vi har lanceret i samarbejde med Argonne National Laboratory, " bemærkede Russell Hemley, direktør for Geofysisk Laboratorium.