Ledninger, rør og børster gør det muligt at opbygge og vedligeholde maskiner og apparater, vi bruger på daglig basis. Nu, med hjælp fra en overraskende kilde, kan de samme byggesten let blive skabt på en skala 10.000 gange mindre end den periode i slutningen af denne sætning. Forskere på Argonne har fundet ud af den grundlæggende brug af elektrokemi til at styre opbygningen af nanokrystaller - små strukturer med dimensioner i milliardtedel meter. Deres resultater, offentliggjort i marts 3. udgave af Journal of American Chemical Society, giver en praktisk metode til at generere store mængder af arkitektur-kontrollerede nanokrystaller, såsom superledere, ferromagnets og ædle metaller. "Den arkitekturer af nanokrystaller er primært kontrolleret af anvendte spændinger," sagde ledende forsker Zhili Xiao af Argonne er Materials Science Division og Northern Illinois University Physics afdeling. "Det giver os langt større kontrol over de vækstbetingelser af nanokrystaller. Vi var i stand til at skabe en bred vifte af strukturer med større komfort og forudsigelighed i forhold til mere traditionelle metoder." Traditionelle metoder til at opdigte nanokrystaller inddrage hurtigt tilføre kemikalier i en opvarmet løsning ved høje temperaturer. Den ulempe ved denne tilgang er imidlertid, at det er vanskeligt at kontrollere opløsningens koncentration, som ændrer da reaktionen skrider frem. Denne ændring i koncentration fører til ændringer i det elektrokemiske potentiale - målestokken for en sammensat evne til at reagere i opløsning. Da en stabil elektrokemiske potentiale er afgørende for at danne velformede nanokrystaller, videnskabsfolk ved hjælp af denne metode ofte befundet sig kæmper for at kontrollere løsning koncentrationer og til tid det rette øjeblik til at stoppe reaktionen. I modsætning hertil fandt Xiao og hans kolleger, at de let kunne kontrollere de elektrokemiske potentiale ved hjælp af elektrisk spænding. Forskerne brugte en teknik kaldet elektroforesecoating, der bruger elektricitet gennem en elektrode til at reducere ioner fra løsning på en given flade. Ved at ændre den anvendte spænding værdien og typen af kemikalier i opløsningen, var Argonne forskerne i stand til at syntetisere store mængder af næsten 30 forskellige nanostrukturer, herunder nanopartikler i forskellige former, nanotråde, nanobrushes og nanoskala stativer. "Vi fandt, for eksempel, at formede nanopartikler har en tendens til at danne ved lavere spænding, mens højere spænding har en tendens til at producere strukturer såsom nanotråde og nanobrushes," forklarede Xiao. Med store mængder af disse nanokrystaller i hånden, er forskerne udforske deres unikke fysiske og kemiske egenskaber. Disse strukturer kan føre til opdagelser af nye fænomener og applikationer, såsom brugen af ferromagnetisk nanokrystaller som komponenter i ultra high-density lagringsmedier og anvendelse af visse metaller nanokrystaller som katalysatorer for brint produktion og sensing. "Når du ændrer formen på en nanocrystal, er du dybest set at sætte nye grænser til det rum, hvor dets elektroner kan bevæge sig," sagde Wai-Kwong Kwok, leder af Superledning og magnetisme gruppe i Materials Science Division. "Dette vil igen, påvirker dens fysiske egenskaber, hvilket forklarer, hvorfor en trekant og en kugle lavet af bly kan have helt andre superledende egenskaber." |