Измерена атомска структура на наночестички
За прв пат, научниците успеаја да ја измерат атомската структура на одделни наночестички. Во иднина, експериментално добиените податоци би можеле да овозможат подобро разбирање на својствата на наночестичките.
Од хемиска гледна точка, наночестичките имаат различни својства од нивните „големи сестри и браќа“: Во однос на нивната мала маса, тие имаат многу голема површина и, истовремено, мал број атоми. Ова може да доведе до квантни ефекти што доведуваат до променети својства на материјалот. На пример, керамиката направена од наноматеријали може одеднаш да се свитка, или златната грутка е во златна боја, додека нано скалата од неа е црвеникава. Досега е направено мало истражување за ефектите на овие изменети својства врз живите организми. Неодамна, една студија предизвика возбуда, според која наночестичките како што се титаниум оксид во паста за заби или креми за сонце, се вели дека имаат сличен ефект како азбестот во човечките бели дробови.
Развиена нова метода
Точната 3Д структура, атомскиот распоред и особено површинските својства на наночестичките ги одредуваат нивните хемиски и физички својства. Во новата студија иницирана од научникот ЕТХ, Марта Д. Росел од групата Маркус Нидербергер, професор на Институтот за мултифункционални материјали и истражувач на Емпа, Ролф Ерни, сега е идентификувана тродимензионалната структура на одделни наночестички на атомска основа. Во иднина, новиот процес може да помогне да се разбере подобро природата на наночестичките, вклучително и нивната реактивност и токсичност.
Нежни процедури за сликање
За нивната електронска микроскопска студија, објавена денес во списанието „Природа“, Росел и Ерни подготвија сребрени наночестички во алуминиумска матрица. Матрицата го олеснува наклонувањето на наночестичките во различни кристалографски ориентации под електронскиот зрак и истовремено ги штити честичките од оштетување на електронските зраци. Основно барање за студијата беше специјален електронски микроскоп кој постигна максимална резолуција помала од 50 пикометри. За споредба: дијаметарот на атомот е околу еден ангстром, што е 100 пикометри. За понатамошно заштита на примерокот, електронскиот микроскоп е поставен така што произведува слики во атомска резолуција дури и при напон со мало забрзување од 80 киловолти. Типично, електронските микроскопи од овој тип - има само неколку низ целиот свет - работат со 200 или 300 киловолти. Двајцата научници користеле микроскоп во Калифорнија, во Националната лабораторија Лоренс Беркли, за своите експерименти. Експерименталните податоци на крајот беа завршени со дополнителни електронски микроскопски мерења извршени во Empa.
Остри слики
Врз основа на микроскопските слики, Сандра Ван Аерт од Универзитетот во Антверпен создаде модели кои ги „изоструваат“ сликите и дозволуваат нивно квантифицирање: Сликите рафинирани со моделот овозможија усогласување на одделните сребрени атоми што ја опфаќаа кристалната решетка на наночестичката по различна кристалографска ориентација броење.
За тродимензионална реконструкција на атомскиот аранжман во наночестичката, Росел и Ерни конечно го донесоа специјалистот за томографија Јоост Батенбург од Амстердам. Ова ги користело добиените податоци за реконструкција на распоредот на атомите во наночестичката томографски користејќи специјални математички алгоритми. Само две слики беа доволни за репродукција на наночестичката, која се состои од околу 784 атоми. Уште две експериментални проекции од Росел и Ерни на крајот ја потврдија реконструкцијата. „Досега само грубите контури на наночестичките може да се претстават со користење на многу слики од различни перспективи“, вели Марта Росел. Атомските структури, пак, можеа да се симулираат само на компјутер без никаква експериментална основа.
„Сега се планираат апликации на процесот, на пример, за карактеризирање на допинг наночестички“, вели Ролф Ерни. Во иднина, методот може да се користи за да се утврди кои атомски конфигурации се активни на површината на наночестичките, на пример, ако тие имаат токсичен или каталитички ефект. Росел нагласува дека студијата во принцип може да се примени на сите наночестички. Сепак, експерименталните податоци како што се добиените во студијата се предуслов.
Библиографија:
Van Aert S, Batenburg KJ, Rossell MD, Erni R & Van Tendeloo G: Тридимензионално атомско снимање на кристални наночестички, Nature (2011) 470, 374-377, дои: 10.1038/nature09741