Forberedelse af en homogen høstak

(PhysOrg.com) -- Hvad hvis du kunne forvandle hele høstakken til nåle? I stedet for at gå på jagt efter én genstand, du ville have 10 milliarder af de ønskede varer lagt pænt ud foran dig. Det er, hvad forskere ved Pacific Northwest National Laboratory gjorde for forskere, der analyserede nanopartikler. Ved at bruge ion-blødlandingsteknikken udviklet på PNNL, forskerne forberedte en homogen, kontaminant-fri prøve af guldklynger, små partikler bestående af 11 guldatomer hver. Holdet analyserede derefter prøverne i det nye aberrationskorrigerede transmissionselektronmikroskop eller TEM ved EMSL.

"Dette er en meget lovende tilgang til forberedelse af TEM-prøver, " sagde Dr. Julia Laskin, en fysisk kemiker ved PNNL, der ledede forskningen.

Jorden rundt, forskere bruger TEM til at få detaljerede data om strukturen af ​​nye katalysatorer og andre materialer. Et eksempel er guld, som kan være yderst reaktive og fremragende katalysatorer i nanopartikelform. Imidlertid, TEM-analysen kan ødelægge de subnanometerstore partikler, der undersøges. Så, videnskabsmænd skal konstant jage gennem konventionelle heterogene prøver for at finde flere af de partikler, de ønsker at analysere. Ved at bruge ion-blødlandende prøveforberedelsesteknikken, videnskabsmænd får arbejdet gjort hurtigere, da alle 10 milliarder partikler er ens.

"TEM er arbejdshestens teknik til at karakterisere små partikler, " sagde Dr. Grant Johnson, en fysisk kemiker ved PNNL og den første Linus Pauling Distinguished Postdoc Fellow. "Dette er en måde at gøre den værdifulde proces lettere."

Forskerholdet fokuserede på 11-atom guldklynger. Guldklynger har kemiske og fysiske egenskaber, der er meget størrelsesafhængige. Fjernelse eller tilføjelse af et atom kan i høj grad ændre klyngernes struktur og adfærd, som er af interesse for forskere på grund af deres potentiale til at skabe materialer med nye kemikalier, magnetiske eller optiske egenskaber. Thomas Præst, en DOE Science Undergraduate Laboratory praktikant, syntetiserede klyngerne, skabe en rødlig-orange løsning. Synteseprocessen genererer hætteglas fulde af væske, pakket med guldpartikler i forskellige størrelser.

Johnson elektrosprayede derefter opløsningen ind i et unikt specialbygget massespektrometer på EMSL, der er specielt designet til blød ionlanding. Elektrosprayen forvandler guldklyngerne i væsken til ioner i en gasstrøm. Han indstillede derefter massespektrometeret for at vælge de ønskede klynger:de 11 guldatomioner. Ionerne blev derefter forsigtigt aflejret med kontrolleret energi på et prøvegitter.

Dr. Chongmin Wang tog derefter det prøvefyldte gitter op og tog det med til et andet laboratorium, der indeholdt elektronmikroskopet. Wang var i stand til at få billeder af klyngerne, derved bestemme deres størrelse, som var 0,8 nanometer, og bekræfter deres homogenitet.

Johnson og medlemmer af Laskins team studerer nu, hvordan strukturen af ​​disse små klynger ændrer sig, når forskellige antal guldatomer bruges til at danne klyngen. For eksempel, hvordan ændres strukturen, når 8 guldatomer er til stede i klyngen mod 6?