Op 13 mei 2011 het journaal Wetenschap publiceerde een paper waarin wetenschappers van Risoe DTU (Denemarken), in samenwerking met wetenschappers uit China en de VS, rapporteer een nieuwe methode voor het onthullen van een 3D-afbeelding van de structuur in een materiaal.

De meeste vaste materialen zijn samengesteld uit miljoenen kleine kristallen, samengepakt om een ​​volledig dichte vaste stof te vormen. De oriëntaties, vormen, afmetingen en relatieve rangschikking van deze kristallen zijn belangrijk bij het bepalen van veel materiaaleigenschappen.

traditioneel, het is alleen mogelijk geweest om de kristalstructuur van een materiaal te zien door naar een snijvlak te kijken, alleen 2D-informatie geven. In recente jaren, Er zijn röntgenmethoden ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om in een materiaal te kijken en een 3D-kaart van de kristalstructuur te verkrijgen. Echter, deze methoden hebben een resolutielimiet van ongeveer 100 nm.

In tegenstelling tot, de nieuw ontwikkelde techniek die nu is gepubliceerd in Wetenschap , maakt 3D-mapping van de kristalstructuur in een materiaal mogelijk tot op nanometerresolutie, en kan worden uitgevoerd met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop, een instrument dat in veel onderzoekslaboratoria wordt aangetroffen.

Monsters moeten dunner zijn dan een paar honderd nanometer. Echter, deze beperking is geen probleem voor onderzoek naar kristalstructuren in nanomaterialen, waar de gemiddelde kristalgrootte kleiner is dan 100 nanometer, en dergelijke materialen worden over de hele wereld onderzocht op zoek naar materialen met nieuwe en betere eigenschappen dan de materialen die we tegenwoordig gebruiken.

Bijvoorbeeld, nanomaterialen hebben een extreem hoge sterkte en een uitstekende slijtvastheid en toepassingen strekken zich dan ook uit van micro-elektronica tot tandwielen voor grote windmolens. Het vermogen om een ​​3D-afbeelding van de kristalstructuur in deze materialen te verzamelen, is een belangrijke stap om de oorsprong van hun speciale eigenschappen te begrijpen.

Een voorbeeld van zo'n 3D-kaart wordt gegeven in de figuur, toont de rangschikking van kristallen in een 150 nm dikke nanometaal-aluminiumfilm. De kristallen hebben een identieke roosterstructuur (rangschikking van atomen), maar ze zijn op verschillende manieren georiënteerd in het 3D-monster, zoals geïllustreerd door de labels 1 en 2. De kleuren vertegenwoordigen de oriëntaties van de kristallen en elk kristal wordt gedefinieerd door volumes van dezelfde kleur . De afzonderlijke kristallen van verschillende groottes (van enkele nm tot ongeveer 100 nm) en vormen (van langwerpig tot bolvormig) worden duidelijk gezien en in kaart gebracht met een resolutie van 1 nanometer.

Een belangrijk voordeel van dergelijke 3D-methoden is dat ze de veranderingen die plaatsvinden in een materiaal direct kunnen waarnemen. Bijvoorbeeld, de mapping kan voor en na een warmtebehandeling worden herhaald en onthullen hoe de structuur verandert tijdens verwarming.

Deze nieuwe techniek heeft een resolutie die 100 keer beter is dan bestaande niet-destructieve 3D-technieken en opent nieuwe mogelijkheden voor een nauwkeurigere analyse van de structurele parameters in nanomaterialen.