Forskere måler enkelte atomer i en grafen-petriskål

Forskere, der arbejder ved University of Manchester, har vist nye muligheder for at observere nanomaterialer i væsker ved at skabe en "petriskål" af grafen.

Nye 2-dimensionelle nanomaterialer har potentiale til at forbedre effektiviteten, reducere omkostningerne og give forbedret ydeevne i en bred vifte af applikationer, herunder; bedre design af nanomaterialer til batterier eller forståelse for nedbrydning af batterimaterialer for at forbedre deres ydeevne.

De unikke egenskaber, der udvises af 2-D materialer, kan også føre til funktionelle og antibakterielle belægninger, bioanalyse, og målrettet medicinafgivelse. Imidlertid, vanskeligheden ved at kontrollere vækst og nedbrydning på atomær skala er i øjeblikket en hindring for fuldt ud at udnytte potentialet i disse spændende materialer.

Scanning/transmissionselektronmikroskopi (S/TEM) er en af ​​de få teknikker, der tillader billeddannelse og analyse af individuelle atomer. Imidlertid, S/TEM-instrumentet kræver et højt vakuum for at beskytte elektronkilden og for at forhindre elektronspredning fra molekylære interaktioner.

Adskillige højprofilerede undersøgelser har tidligere afsløret, at strukturen af ​​funktionelle materialer ved stuetemperatur i et vakuum kan være væsentligt anderledes end i deres normale væskemiljø. Dette kunne være som at prøve at studere strukturen af ​​en dehydreret sveske for at forstå strukturen af ​​den oprindelige blomme.

Udgiver i Nano bogstaver , et forskerhold ledet af Dr. Sarah Haigh og Dr. Roman Gorbachev ved National Graphene Institute og School of Materials ved University of Manchester har vist, at grafen og bornitrid kan kombineres for at skabe en perfekt nano-petriskål. Væskeprøver inde i skålen kan afbildes med enkeltatomfølsomhed, og det er også muligt at måle deres grundstofsammensætning på nanometerlængdeskalaen.

Disse konstruerede flydende grafenceller (EGLC) er bygget af 2-D materialebyggesten:De består af et bornitrid (BN) afstandsstykke boret med huller (hvor væsken er indeholdt) og indkapslet med grafen på begge sider.

Grafen er det ultimative vinduesmateriale - stærkt nok til at beskytte prøven mod et højvakuummiljø, men samtidig tynd nok til, at opløsningen af ​​elektronstrålen ikke kompromitteres. Hovedforfatter Daniel Kelly sagde:"I modsætning til nogle tidligere designs tillader vores flydende grafenceller os at afbilde atomerne i mange minutter. Vi var endda i stand til at opløse individuelle atomer i vand og observere dem danse under elektronstrålen."

Forskerne viste også, at disse nye flydende grafenceller muliggør en forbedring af kvaliteten af ​​elementaranalyse i flydende celler. De undersøgte aflejringen af ​​en 1nm skal af jern på guld for at dyrke kerne-skal nanopartikler. Denne nye evne til at overvåge små koncentrationer over så små længdeskalaer er en nødvendighed for de stadig mere komplekse kemiske strukturer af højtydende nanokatalysatorer.

Mingwei Zhou, eleven, der laver disse celler, sagde:"Vi er ved at forstå, hvordan man gør disse mere og mere pålidelige, dette gør 2-D petriskålen til en lovende vej til yderligere in situ TEM-fremskridt, herunder billeddannelse af små biologiske strukturer såsom proteiner."