Forsamlingsfrihed:Forskere ser nanopartikler danne større strukturer i realtid

(Phys.org) — I en ny undersøgelse udført ved Center for Nanoscale Materials ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory, forskere har for første gang set selvsamling af nanopartikelkæder in situ, det er, på plads, som det sker i realtid.

Forskerne udsatte en lille flydende "celle" eller pose, der indeholdt guldnanopartikler dækket med en positivt ladet belægning, for en intens stråle af elektroner genereret med et transmissionselektronmikroskop. Nogle af de elektroner, der trængte ind på ydersiden af ​​cellen, blev fanget i det flydende medium i cellen. Disse "hydrerede" elektroner tiltrak de positivt ladede nanopartikler, hvilket med tiden reducerede ladningsintensiteten af ​​den positive belægning.

Da de hydrerede elektroner reducerede belægningens positive ladning, nanopartiklerne frastødte ikke længere hinanden så stærkt. I stedet, deres nyfundne relative tiltrækning fik nanopartiklerne til at "hoppe rundt" og til sidst klæbe sammen i lange kæder. Denne selvsamling af nanopartikelkæder var blevet opdaget før i forskellige undersøgelser, men denne teknik gjorde det muligt for forskere, for første gang, at observere fænomenet, som det opstod.

"Nanopartiklers øjeblik-til-øjeblik adfærd er noget, der endnu ikke er helt forstået af det videnskabelige samfund, " sagde Argonne nanoforsker Yuzi Liu, undersøgelsens hovedforfatter. "Potentialet af nanopartikler i alle mulige forskellige applikationer og enheder - fra små maskiner til høstere af nye energikilder - kræver, at vi bruger alle vores ressourcer til at se på, hvordan de fungerer på de mest grundlæggende fysiske niveauer."

Selvsamling er særligt interessant for forskere, fordi det kan føre til nye materialer, der kan bruges til at udvikle nye, energirelevante teknologier. "Når vi ser på selvmontering, vi søger at bruge naturen som et springbræt til menneskeskabte materialer, " sagde Argonne nanoforsker Tijana Rajh, som ledede gruppen, der udførte undersøgelsen.

Fordi de undersøgte partikler var så små - blot et par dusin nanometer i diameter - ville et optisk mikroskop ikke have været i stand til at løse, eller se, individuelle nanopartikler. Ved at bruge den flydende celle i transmissionselektronmikroskopet på Center for Nanoscale Materials, Liu og hans kolleger kunne lave korte film, der viser nanopartiklernes hurtige bevægelse, når deres belægninger kom i kontakt med de hydrerede elektroner.

Studiet, med titlen In situ visualisering af selvsamling af ladede guld nanopartikler, blev offentliggjort online i Journal of the American Chemical Society .