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"Watching" Nanopartículas Crescer em Tempo Real

Published on October 13, 2010 at 7:25 PM

Uma equipe de cientistas do Departamento dos EUA (DOE) da Energia do Argonne National Laboratory e da Instituição Carnegie de Washington conseguiu "ver" as nanopartículas de crescer em tempo real.

A técnica revolucionária permite que os pesquisadores aprendem sobre as fases iniciais de geração de nanopartículas, tempo um mistério devido aos métodos inadequados de sondagem, e pode levar a um melhor desempenho dos nanomateriais em aplicações, incluindo células solares, sensores e muito mais.

Estes nanoplates prata são decorados com prata sal oxi nanopartículas ao longo das bordas. Essas nanoestruturas foram cultivadas sob irradiação de alta energia raios-x, que permitiram aos cientistas "vigiar" a crescer em tempo real. A imagem é de um microscópio eletrônico de varredura.

"O crescimento nanocristal é a base da nanotecnologia", disse o pesquisador Yugang Sun, um químico Argonne. "Compreender que permitirá aos cientistas mais precisamente adequar as propriedades de nanopartículas de novo e fascinante."

A maneira que as nanopartículas parecem e se comportam depende de sua arquitetura: a química tamanho, forma, textura e superfície. Este, por sua vez, depende muito das condições em que são cultivadas.

"Exatamente o controle nanopartículas é muito difícil", explicou dom. "É ainda mais difícil de reproduzir o mesmo nanopartículas de lote para lote, porque ainda não sei todas as condições para a receita. Temperatura, pressão, umidade, impurezas, todas elas afetam o crescimento, e continuamos a descobrir mais fatores."

A fim de compreender como as nanopartículas crescer, os cientistas precisavam para realmente vê-los no ato. O problema era que a microscopia eletrônica, o método usual para ver para dentro do nível atômico das nanopartículas, exige um vácuo. Mas muitos tipos de nanocristais tem que crescer em um líquido médio eo vácuo em um microscópio eletrônico torna isso impossível. A cela especial fina permite que uma pequena quantidade de líquido a ser analisado em um microscópio eletrônico, mas ainda limitado aos pesquisadores uma camada líquida a apenas 100 nanômetros de espessura, que é significativamente diferente das condições reais para a síntese de nanopartículas.

Para resolver este enigma, a Sun descobriu que precisava usar o muito alta energia raios-X fornecido no Setor 1 da Fonte Argonne Advanced Photon (APS), que fica ao lado do laboratório Centro de Materiais em nanoescala, onde ele trabalha. O padrão de raios-X espalhados pela amostra permitiu que os pesquisadores reconstroem os primeiros estágios de nanocristais de segundo a segundo.

"Esta técnica produz um tesouro de informações, especialmente sobre a nucleação e passos de crescimento dos cristais, que nunca tinha sido capaz de chegar antes", disse dom

A intensidade de raios-X afeta o crescimento dos nanocristais, Sun disse, mas os efeitos só se tornou significativa após um tempo de reação especialmente longa. "Conseguir uma imagem clara do processo de crescimento nos permitirá o controle de amostras para obter melhores resultados e, eventualmente, novos nanomateriais que terá uma ampla gama de aplicações", explicou dom.

Os nanomateriais podem ser utilizados em células solares fotovoltaicas, sensores químicos e biológicos e até mesmo imagens. Por exemplo, nanoplates metal nobre capaz de absorver luz infravermelha próxima, para que eles possam ser usados ​​para melhorar o contraste em imagens. Em um caso possível, uma injeção de nanopartículas especialmente adaptadas próximo ao local do tumor de um paciente com câncer pode aumentar o contraste de imagem entre as células normais e cancerosas, para que os médicos podem mapear com precisão o tumor.

"A chave para esta descoberta foi a capacidade única para nós trabalhar com cientistas da Advanced Photon Source, o Centro de Materiais em nanoescala eo Centro de Microscopia Eletrônica, tudo em um só lugar," Sun disse.

Financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Departamento de EUA de Energia do Instituto de Ciência. O artigo, "Evolução em Nanophase Semiconductor / Electrolyte Interface em Situ apurado pela Time-Resolved High-Energy Synchrotron X-ray Diffraction", foi publicado em NanoLetters.

Last Update: 16. October 2011 14:38

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