Overraskende opdagelse viser, at elektronstrålestråling kan reparere nanostrukturer

I et overraskende nyt studie har forskere ved University of Minnesota Twin Cities fundet ud af, at den elektronstrålestråling, som de tidligere troede, nedbrudte krystaller faktisk kan reparere revner i disse nanostrukturer.

Den banebrydende opdagelse giver en ny vej til at skabe mere perfekte krystal nanostrukturer, en proces, der er afgørende for at forbedre effektiviteten og omkostningseffektiviteten af ​​materialer, der bruges i stort set alle elektroniske enheder, vi bruger hver dag.

"I lang tid tænkte forskere, der studerede nanostrukturer, at når vi satte krystallerne under elektronstrålestråling for at studere dem, ville de nedbrydes," siger Andre Mkhoyan, professor i kemiteknik og materialevidenskab fra University of Minnesota og ledende forsker i undersøgelsen. . "Det, vi viste i denne undersøgelse, er, at når vi tog en krystal af titaniumdioxid og bestrålede den med en elektronstråle, blev de naturligt forekommende smalle revner faktisk fyldt ud og helede sig selv."

Forskerne faldt tilfældigt over opdagelsen, da de brugte University of Minnesotas avancerede elektronmikroskop til at studere krystallerne af en helt anden grund.

"Jeg studerede revnerne i krystallerne under elektronmikroskopet, og disse revner blev ved med at fylde ud," sagde Silu Guo, en Ph.D. i kemiteknik og materialevidenskab fra University of Minnesota. studerende. "Dette var uventet, og vores team indså, at der måske var noget endnu større, som vi burde studere."

I den selvhelbredende proces bevægede flere atomer af krystallen sig sammen i tandem og mødtes i midten og dannede en slags bro, der fyldte sprækken. For første gang viste forskerne, at elektronstrålerne kunne bruges konstruktivt til at konstruere nye nanostrukturer atom-for-atom.

"Uanset om det er atomisk skarpe revner eller andre typer defekter i en krystal, tror jeg, det er iboende i de materialer, vi har dyrket, men det er virkelig forbløffende at se, hvordan professor Mkhoyans gruppe kan reparere disse revner ved hjælp af en elektronstråle," sagde University of Minnesota Chemical Engineering and Materials Science Professor Bharat Jalan, en samarbejdspartner i forskningen.

Forskerne siger, at det næste skridt er at introducere nye faktorer som at ændre elektronstråleforholdene eller ændre krystaltemperaturen for at finde en måde at forbedre eller fremskynde processen.

"Først opdagede vi, nu vil vi finde flere måder at konstruere processen på," sagde Mkhoyan.

Ud over Mkhoyan, Guo og Jalan inkluderede forskerholdet University of Minnesota Chemical Engineering and Materials Science Ph.D. studerende Sreejith Nair, og tidligere kandidatstuderende Hwanhui Yun.

Forskningen, "Bandening af revner atom-for-atom i rutil TiO₂ med elektronstråleradiolyse," er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Flere oplysninger: Silu Guo et al., Mending revner atom-for-atom i rutil TiO₂ med elektronstråleradiolyse, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41781-x

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af University of Minnesota