Forskere observerer, hvordan nanopartikler vokser, når de udsættes for helium

Et team af forskere fra University of Leicester og Frankrigs G2ELab-CNRS i Grenoble har for første gang observeret væksten af ​​frie nanopartikler i heliumgas i en proces, der ligner koffeinfrigørelsen af ​​kaffe, give ny indsigt i strukturen af ​​nanopartikler.

Nanopartikler har et meget stort overfladeareal sammenlignet med deres volumen og er ofte i stand til at reagere meget hurtigt. Dette gør dem nyttige som katalysatorer i kemiske reaktioner, og de bruges ofte i sportsudstyr, tøj og solcremer.

I et papir udgivet af Journal of Physical Chemistry Letters og finansieret af Royal Society, Leverhulme Trust, British Council og CONACYT, holdene fra University of Leicesters Institut for Fysik og Astronomi og CNRS i Grenoble målte, hvordan heliumioner klynger sig med neutrale heliumatomer og vokser til nanopartikler.

Under undersøgelsen undersøgte de, hvordan heliumioner driver gennem en celle fyldt med heliumatomer. Da trykket af helium blev øget, observerede forskerne et fald i ionernes mobilitet.

Dr. Klaus von Haeften fra University of Leicesters Institut for Fysik og Astronomi, som har modtaget et gæsteprofessorat fra University Joseph Fourier, sagde:"Vi konkluderede, at det øgede tryk tvang flere og flere heliumatomer til at binde sig til ionerne gradvist, indtil klyngerne voksede til partikler på nanometerstørrelse. Denne proces fortsatte, indtil nanopartiklerne nåede den maksimalt mulige størrelse, som også afhang af temperaturen.

"Yderligere forøgelse af trykket viste sig at reducere størrelsen, hvilket vi tolkede som kompression. Disse størrelsesændringer kunne så følges meget detaljeret. For lave og moderate tryk ændrede størrelsen sig ret hurtigt, mens ændringerne i højtryksregionen var langsomme."

Ved at analysere, hvor hurtigt partikelvolumenet ændrede sig med tryk, var forskerne i stand til at undersøge strukturen af ​​nanopartiklerne.

Nelly Bonifaci fra G2ELab-CNRS sagde:"Ved lavt og moderat tryk var nanopartiklerne meget blødere end fast helium, og vi konkluderede, at de måtte være flydende. Ved høje tryk blev de gradvist hårdere og til sidst faste."

Dr. von Haeften tilføjede:"Ved at vælge helium var vi i stand til at studere et system med størst mulig renhed, og vores resultater er derfor meget præcise. Lignende processer forekommer ved koffeinfrigørelsen af ​​kaffe i højtrykskuldioxid, inden for kemisk rensning og kemisk fremstilling. I alle disse processer vokser nanopartikler. Ved at kende deres størrelse kan vi meget bedre forstå disse processer og forbedre dem."

Det er første gang, at forskere har været i stand til at observere væksten af ​​frie nanopartikler i et stort trykområde i gasformigt helium.

Frédéric Aitken fra G2ELab-CNRS tilføjede:"Vores arbejde er et vigtigt benchmark for forskningen i dannelsen og størrelsen af ​​nanopartikler."