(PhysOrg.com) -- Kleine katalysatormaterialen kunnen deelnemen aan een rijke verscheidenheid aan zeer snelle fysische en chemische processen die nu nauwkeuriger kunnen worden onthuld dankzij een nieuwe beeldvormingsmodus voor dynamische transmissie-elektronenmicroscopen (DTEM's), ontwikkeld door Amerikaanse wetenschappers.

"Onze groep heeft een donkerveld-beeldvormingsmodus voor DTEM ontwikkeld die de hoogste gecombineerde ruimtelijke en temporele resolutiebeeldvorming van nanodeeltjes tot nu toe mogelijk maakt", zegt Daniel Masiel van de University of California (Davis) en hoofdauteur van het werk, die online werd gepubliceerd in ChemPhysChem . Volgens Masiel, ringvormige donkerveld-DTEM (ADF-DTEM) kan, Voor de eerste keer, directe observatie van processen zoals nanodraadgroei, katalysator vergiftiging, en Ostwald-rijping op tijdschalen van nanoseconden.

Een DTEM is een transmissie-elektronenmicroscoop die is aangepast om een ​​lasergestuurde fotokathode te bevatten die een enkele intense puls van elektronen kan produceren met een duur van slechts 15 ns. Hoewel het instrument het potentieel heeft om inzicht te geven in de dynamiek van nanodeeltjeskatalysatoren door directe beeldvorming met hoge ruimtelijke en temporele resolutie mogelijk te maken, de beperkte signaal-tot-achtergrondverhoudingen die haalbaar zijn voor gedispergeerde nanodeeltjesmonsters, hebben ervoor gezorgd dat dergelijke studies moeilijk uit te voeren zijn met optimale resoluties. Om deze beperkingen te overwinnen, Masiel en collega's hebben een ringvormige lensopening gefabriceerd waarmee beelden kunnen worden verkregen met een drievoudige toename van de signaal-tot-achtergrondverhouding. Deze ringvormige donkerveld-beeldvormingsmodus verbetert het contrast dat haalbaar is in 15 ns-gepulseerde elektronenbeelden en maakt het mogelijk om deeltjes met een diameter tot 30 nm waar te nemen (zie afbeelding:enkelvoudig gepulseerd donkerveld-DTEM-beeld van minuscule gouddeeltjes verspreid op een holle koolstoffilm met een tijdresolutie van 15 ns.)

Andere technieken zoals coherente diffractieve beeldvorming (met behulp van coherente röntgenstralen) of in situ TEM bieden directe beeldgegevens, maar ten koste van ruimtelijke of temporele resolutie. Dit is niet het geval voor ADF-DTEM, zeggen de onderzoekers - en ze zijn er zeker van dat de nieuwe methode toepassingen zal vinden in belangrijke onderzoeksgebieden:"Door de wetenschappelijke gemeenschap direct experimenteel inzicht te geven in het gedrag van systemen op nanometerschaal met tijdsintervallen van nanoseconden, ADF-DTEM belooft ingenieurs en wetenschappers een krachtige methode te bieden voor het verkennen van systemen die de kern vormen van enkele van de meest cruciale energietechnologieën van zowel vandaag als morgen", zegt Masiel.