3D-modeller til at placere nanopartikler i din håndflade

"Formerne er afledt af denne pakning af atomerne," siger hun. "Motivationen til at lave forskellige former kommer virkelig ned til arrangementet af atomerne, når materialet skæres i skiver på forskellige måder på forskellige krystalplaner."

I papiret fokuserer Bentley på former med lavt indeks, som hun beskriver som de tre enkleste måder at skære strukturen på.

"Der er mange mere komplekse måder at skære det på, men disse er de tre grundlæggende måder at gøre det på, ved at gøre dem til enten seks, otte eller tolv sider - terninger, oktaeder eller rombiske dodekaeder. Det var et naturligt valg at fokusere på disse tre for artiklen."

Omdannelse af et 'virvar af tal' til former

"Nanovidenskab er et emne, der både falder mellem kemi og fysik i læseplanen, men også mellem forskning på bachelor- og kandidatniveau," siger Bentley.

"Det er vigtigt, at begyndende materialekemikere har en grundlæggende forståelse af krystalplaner, facetter og vækstretninger. De skal også forstå det trecifrede notationssystem, der bruges til at indeksere disse attributter, kendt som Miller-indeksene. Ellers kan dette system ligne et mystisk virvar af tal."

Hun mente, at det var vigtigt at give et grundlag af viden i et tilgængeligt format, der kunne hjælpe undervisere med at introducere dette vigtige og voksende felt. Mens mere komplekse strukturer end de 3D-printede modeller kan skabes digitalt via computersimuleringsprogrammer, mener Bentley, at der er fordele ved at kunne holde modellerne i hænderne.

"Jeg kan godt lide ting, jeg kan se på og tænke over," siger hun og tilføjer, at 3D-modeller er særligt nyttige til at skabe en forståelse af dette centrale nanovidenskabelige emne.

Druk af guldpartikler for at omdanne kuldioxid

I Bentleys laboratorium arbejder hun og studerende på at manipulere guldatomer i hætteglas med væske for at kontrollere nanopartiklernes former.

"Du skal bare lave de rigtige forhold ved de rigtige temperaturer, et helt miljø, der er befordrende for at dyrke en bestemt form," siger hun.

Bentley studerer guld nanopartikler, som er bemærkelsesværdige for deres katalytiske egenskaber eller evne til at accelerere kemiske reaktioner. Den måde, materialet er skåret på, afslører forskellige mønstre af atomer, forklarer hun. Tidligere forskning har identificeret, at en bestemt guld-nanopartikelform, den 12-sidede rombiske dodecahedra, er mere effektiv til at omdanne kuldioxid til brændstofmaterialer.

"Det er ligesom genbrug," siger Bentley. "Ikke kun gør denne nanopartikelform det muligt for forskere at fjerne kuldioxid fra atmosfæren, men det giver dem mulighed for at forvandle det tilbage til en slags brændstof, der kan bruges. Så hvis vi kan dyrke partikler, der kun har denne facet på sig, er det en reel fordel."

Flere oplysninger: Anne K. Bentley et al., A Primer on Lattice Planes, Crystal Facets, and Nanoparticle Shape Control, Journal of Chemical Education (2023). DOI:10.1021/acs.jchemed.3c00371

Journaloplysninger: Journal of Chemical Education

Leveret af Lewis &Clark College