Met DESY's röntgenlichtbron PETRA III, Deense wetenschappers observeerden de groei van nanodeeltjes levend. De studie laat zien hoe wolfraamoxide-nanodeeltjes zich vormen uit een oplossing. Deze deeltjes worden bijvoorbeeld gebruikt voor slimme ramen, die met een druk op de knop ondoorzichtig worden, en ze worden ook gebruikt in het bijzonder zonnecellen. Het team rond hoofdauteur Dr. Dipankar Saha van de Universiteit van Århus presenteert hun observaties in het wetenschappelijke tijdschrift Internationale editie van Angewandte Chemie .

Voor hun onderzoek hebben de wetenschappers bouwden een kleine reactiekamer, die transparant is voor röntgenstralen. "We gebruiken fijne haarvaten van saffier of gesmolten silica die gemakkelijk door röntgenstralen kunnen worden doorgelaten, " zei professor Bo Iversen, hoofd van de onderzoeksgroep. In deze haarvaten de wetenschappers zetten zogenaamd ammoniummetawolframaat opgelost in water onder hoge temperatuur en hoge druk om in nanodeeltjes. Met het briljante PETRA III röntgenlicht, de chemici konden de groei van kleine wolfraamtrioxidedeeltjes volgen (WO ₃ ) met een typische grootte van ongeveer tien nanometer van de oplossing in realtime.

"De röntgenmetingen laten de bouwstenen van het materiaal zien, " zei co-auteur Dr. Ann-Christin Dippel van DESY, wetenschapper bij bundellijn P02.1, waar de experimenten werden uitgevoerd. “Met onze methode we zijn in staat om de structuur van het materiaal op atomaire lengteschaal te observeren. Bijzonder hierbij is de mogelijkheid om de dynamiek van het groeiproces te volgen, Dippel wijst erop. 'De verschillende kristalstructuren die zich in deze nanodeeltjes vormen, zijn al bekend. Maar nu kunnen we in realtime het transformatiemechanisme van moleculen naar nanokristallen volgen. We zien niet alleen de volgorde van het proces, maar ook waarom specifieke structuren ontstaan."

Op moleculair niveau, de basiseenheden van veel metaal-zuurstofverbindingen zoals oxiden zijn octaëders, die uit acht gelijke driehoeken bestaan. Deze octaëders kunnen hoeken of randen delen. Afhankelijk van hun configuratie, de resulterende verbindingen hebben verschillende kenmerken. Dit geldt niet alleen voor wolfraamtrioxide, maar is in principe ook van toepassing op andere materialen.

De octaëders in de oplossingen groeien uit tot nanodeeltjes, met een tien nanometer klein deeltje inclusief ongeveer 25 octaëders. “Dat hebben we in eerste instantie kunnen vaststellen, beide structuurelementen bestaan ​​in het oorspronkelijke materiaal, de verbinding door hoeken en door randen, " zei Saha. "Tijdens de reactie, de octaëders herschikken:hoe langer je wacht, hoe meer de randverbinding verdwijnt en de verbinding door hoeken frequenter wordt. De nanodeeltjes die in ons onderzoek zijn ontstaan, hebben een overwegend geordende kristalstructuur."

In de continue industriële synthese, dit proces gaat zo snel, dat het voornamelijk nanodeeltjes produceert met gemengde ongeordende structuren. "Geordende structuren worden geproduceerd wanneer nanodeeltjes genoeg tijd krijgen om te herschikken, " said Saha. "We can use these observations for example to make available nanoparticles with special features. This method is also applicable to other nanoparticles."