Редколлегия Физикохимия Поверхности и Защита Материалов - Исследователи выяснили, как растут нанокристаллы

Впервые исследователям удалось наблюдать за самыми ранними стадиями образования и роста нанокристаллов.

Специалисты по материаловедению полагают, что наночастицы являются основой технологий будущего; свойства наночастиц зависят от их строения, состава, размера и формы. Результаты новой работы позволят разработать способы контроля роста наночастиц с заданной формами и свойствами. Исследователи надеются, что информация об особенностях образования и роста наночастиц может помочь при разработке систем для преобразования солнечной энергии в электрическую, создания химических и биологических сенсоров.

Исследователям удалось наблюдать начальные стадии роста наночастиц. (Рисунок из Nano Letters, 2010; 10 (9): 3747 DOI: 10.1021/nl102458k)

Один из авторов исследования, Венж Янг (Wenge Yang) из Института Карнеги поясняет, что, как правило, очень трудно следить за образованием и ростом наночастиц, так как для оборудования, традиционно применяющегося для изучения этих систем, необходимо вакуумирование исследуемого образца, а рост большинства наночастиц происходит в жидкой фазе. Эти обстоятельства не позволяли определить, как условия влияют на рост частиц и их свойства, что, в свою очередь, не позволяет подобрать условия для получения наночастиц с требуемым строением.

Новое исследование осуществлялось с помощью устройства – источника высокоэнергетических фотонов [Advanced Photon Source (APS)], расположенного в Национальной Лаборатории Аргонны.

Исследователи использовали высокоэнергетические рентгеновские лазеры APS для получения дифракционной картины образующихся наноматериалов. Высокая проникающая способность и точная фокусировка излучения от APS позволили исследователям наблюдать за ростом кристаллов непосредственно с момента их образования. Дифракционные картины и информация о рассеивании излучения ультракоротких электромагнитных волн позволили раскрыть все секреты строения этих необычных частиц. Весьма часто химические реакции протекают за очень краткие промежутки времени, однако сфокусированное высокоэнергетическое рентгеновское излучение и детектор, позволяющий фиксировать изменения дифракционной картины в рекордно сжатые сроки, смогли помочь исследователям в решении этой непростой задачи – получении полной разрешенной во времени картины зарождения и роста наночастиц, а также влияния условий на форму, размеры и свойства зарождающихся наночастиц.

В рамках работ, проводимых в Национальной Лаборатории Аргонны, исследователи применяют новые методики синхротронного излучения для изучения строения и динамического поведения материалов в экстремальных условиях. Исследователи полагают, что результаты подобных исследований смогут найти применение в создании новых материалов (в том числе и «нано-») с необходимыми свойствами.

Исследователи, первыми наблюдавшие рост нанокристаллов в режиме реального времени, отмечают, что работа в направлении изучения быстро протекающих химических и физических процессов. Главная цель – использование новых методов для изучения влияния температуры и давления на протекание химических процессов и разработка новых материалов с полезными функциональными свойствами.