Team udvikler ny måde at studere nanopartikler på

Forskere ved Chalmers Teknologiske Universitet har udviklet en ny måde at studere nanopartikler én ad gangen, og har opdaget, at individuelle partikler, der kan virke identiske, faktisk kan have meget forskellige egenskaber. Resultaterne, hvilket kan vise sig at være vigtigt ved udvikling af nye materialer eller applikationer såsom brintsensorer til brændselscellebiler, vil blive offentliggjort i Naturmaterialer .

"Vi var i stand til at vise, at du får dybere indsigt i fysikken om, hvordan nanomaterialer interagerer med molekyler i deres miljø ved at se på den enkelte nanopartikel i modsætning til at se på mange af dem på samme tid, hvilket er hvad man normalt gør, siger lektor Christoph Langhammer, der ledede projektet.

Ved at anvende en ny eksperimentel tilgang kaldet plasmonisk nanospektroskopi, gruppen undersøgte brintabsorption i enkelte palladiumnanopartikler. De fandt ud af, at partikler med nøjagtig samme form og størrelse kan udvise forskelle så store som 40 millibar i det tryk, hvorved brint absorberes. Udviklingen af ​​sensorer, der kan registrere brintlækager i brændselscelledrevne biler, er et eksempel på, hvor denne nye forståelse kan blive værdifuld i fremtiden.

"En hovedudfordring, når man arbejder med brintsensorer, er at designe materialer, hvis reaktion på brint er så lineær og reversibel som muligt. På den måde, den opnåede grundlæggende forståelse af årsagerne til forskellene mellem tilsyneladende identiske individuelle partikler, og hvordan dette gør responsen irreversibel i et bestemt brintkoncentrationsområde, kan være nyttig, siger Christoph Langhammer.

Andre har set på enkelte nanopartikler én ad gangen, men den nye tilgang introduceret af Chalmers-teamet bruger synligt lys med lav intensitet til at studere partiklerne. Det betyder, at metoden er ikke-invasiv og ikke forstyrrer det system, den undersøger af, for eksempel, varme det op.

"Når du studerer individuelle nanopartikler, skal du sende en slags sonde for at spørge partiklen 'hvad laver du?'. Dette betyder normalt at fokusere en stråle af højenergielektroner eller fotoner eller en mekanisk sonde på et meget lille volumen. Du så hurtigt få meget høje energitætheder, hvilket kan forstyrre den proces, du vil se på. Denne effekt er minimeret i vores nye tilgang, som også er kompatibel med omgivende forhold, hvilket betyder, at vi kan studere nanopartikler en ad gangen i så tæt på et realistisk miljø som muligt", siger Christoph Langhammer.

Selvom de nu har nået det niveau, hvor deres resultater er klar til at blive offentliggjort, Christoph Langhammer mener, at de lige har ridset overfladen af, hvad deres opdagelse og udviklede eksperimentelle metodik vil føre til i forhold til yderligere forskning. Han håber, at de har været med til at etablere et nyt eksperimentelt paradigme, hvor det at se på nanopartikler individuelt vil blive standard i den videnskabelige verden.

"Det er ikke godt nok at se på, og dermed opnå et gennemsnit på, hundreder eller millioner af partikler, hvis du vil forstå detaljerne i, hvordan nanopartikler opfører sig i forskellige miljøer og applikationer. Du skal se på de enkelte, og vi har fundet en ny måde at gøre det på."

"Min egen langsigtede vision er at anvende vores metode til mere komplekse processer og materialer, og at rykke grænserne i forhold til, hvor små nanopartikler kan være, for at vi kan måle dem. Forhåbentlig, langs vejen, vi vil få endnu dybere indsigt i nanomaterialernes fascinerende verden."