(PhysOrg.com) -- Voor het eerst hebben wetenschappers nanodeeltjes kunnen zien groeien vanaf de vroegste stadia van hun vorming. Nanodeeltjes vormen de basis van nanotechnologie en hun prestaties zijn afhankelijk van hun structuur, samenstelling, en maat. Onderzoekers zullen nu manieren kunnen ontwikkelen om de omstandigheden waaronder ze worden gekweekt te beheersen. De doorbraak zal gevolgen hebben voor een breed scala aan toepassingen, waaronder zonneceltechnologie en chemische en biologische sensoren. Het onderzoek is gepubliceerd in Nano-letters .

Zoals co-auteur Wenge Yang van het Geophysical Laboratory van de Carnegie Institution uitlegde:"Het was erg moeilijk om te zien hoe deze kleine deeltjes in het verleden werden geboren en groeien, omdat traditionele technieken vereisen dat het monster zich in een vacuüm bevindt en veel nanodeeltjes worden gekweekt in een metaalgeleidende We hebben dus niet kunnen zien hoe verschillende omstandigheden de deeltjes beïnvloeden, veel minder begrijpen hoe we de omstandigheden kunnen aanpassen om een ​​gewenst effect te krijgen."

Deze onderzoekers werken bij het Center for Nanoscale Materials en de Advanced Photon Source (APS) - beide beheerd door Argonne National Laboratory - en het High Pressure Synergetic Consortium (HPSynC), een gezamenlijk programma van het Geofysisch Laboratorium en Argonne. De wetenschappers gebruikten hoogenergetische röntgenstralen van de APS om diffractiestudies uit te voeren waarmee ze informatie konden verkrijgen over de kristalstructuur van de materialen. Dankzij de zeer briljante en hoge penetratie van deze röntgenbron - de grootste in zijn soort in de VS - konden de onderzoekers de kristallen vanaf het begin van hun leven zien groeien. De atomen verstrooien röntgenstralen met een zeer korte golflengte en het resulterende diffractiepatroon onthult de structuur van deze ongebruikelijke deeltjes. Heel vaak vindt de chemische reactie in een zeer korte tijd plaats en evolueert dan. De wetenschappers gebruikten zeer gerichte röntgenstralen met hoge energie en een snelle gebiedsdetector, de belangrijkste componenten om dit onderzoek mogelijk te maken. Dit is de eerste keer opgeloste studie van de evolutie van nanodeeltjes vanaf het moment dat ze zijn geboren.

HPSynC, maakt ook deel uit van het Energy Frontier for Research in Extreme Environments (EFree) Center, een Energy Frontier Research Center ondersteund in Carnegie door DOE-BES. Een van de missies van dit centrum is om nieuwe synchrotronstralingstechnieken toe te passen voor in situ studies van materiaalstructuur en -dynamiek in extreme omstandigheden en daardoor nieuwe energiematerialen te begrijpen en te produceren.

"Deze studie toont de belofte aan van nieuwe technieken voor het in realtime onderzoeken van kristalgroei. Ons uiteindelijke doel is om deze nieuwe methoden te gebruiken om chemische reacties te volgen zoals ze plaatsvinden onder verschillende omstandigheden, inclusief variabele drukken en temperaturen, en om die kennis te gebruiken om nieuwe materialen voor energietoepassingen te ontwerpen en te maken. Dit is een belangrijk speerpunt van het HPSynC-programma dat we hebben gelanceerd in samenwerking met Argonne National Laboratory, " merkte Russell Hemley op, de directeur van het Geofysisch Laboratorium.