Een team van onderzoekers van de Universiteit van Leicester en het Franse G2ELab-CNRS in Grenoble hebben voor het eerst de groei van vrije nanodeeltjes in heliumgas waargenomen in een proces dat vergelijkbaar is met het cafeïnevrij maken van koffie. nieuwe inzichten verschaffen in de structuur van nanodeeltjes.

Nanodeeltjes hebben een zeer groot oppervlak in verhouding tot hun volume en kunnen vaak zeer snel reageren. Dit maakt ze bruikbaar als katalysatoren bij chemische reacties en ze worden vaak gebruikt in sportartikelen, kleding en zonnebrandmiddelen.

In een paper gepubliceerd door de Journal of Physical Chemistry Letters en gefinancierd door de Royal Society, De Leverhulme Trust, de British Council en CONACYT, de teams van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Leicester en het CNRS in Grenoble hebben gemeten hoe heliumionen clusteren met neutrale heliumatomen en uitgroeien tot nanodeeltjes.

Tijdens het onderzoek onderzochten ze hoe heliumionen door een cel vol met heliumatomen drijven. Toen de druk van helium werd verhoogd, zagen de onderzoekers een afname van de mobiliteit van de ionen.

Dr. Klaus von Haeften van de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van de Universiteit van Leicester, die een gasthoogleraarschap heeft ontvangen van de University Joseph Fourier, zei:"We concludeerden dat de verhoogde druk meer en meer heliumatomen dwong om zich geleidelijk aan de ionen te binden, totdat de clusters uitgroeiden tot deeltjes ter grootte van een nanometer. Dit proces ging door totdat de nanodeeltjes de maximale grootte bereikten die ook afhing van de temperatuur.

"Verdere verhoging van de druk bleek de grootte te verkleinen, die we interpreteerden als compressie. Deze maatveranderingen konden dan tot in detail worden gevolgd. Voor lage en matige druk veranderde de grootte vrij snel, terwijl in het hogedrukgebied de veranderingen langzaam waren."

Door te analyseren hoe snel het deeltjesvolume veranderde met druk, konden de onderzoekers de structuur van de nanodeeltjes onderzoeken.

Nelly Bonifaci van het G2ELab-CNRS zei:"Bij lage en matige druk waren de nanodeeltjes veel zachter dan vast helium en we concludeerden dat ze vloeibaar moesten zijn. Bij hoge druk werden ze steeds harder en uiteindelijk vast."

Dr. von Haeften voegde toe:"Door voor helium te kiezen, konden we een systeem met de grootst mogelijke zuiverheid bestuderen en onze resultaten zijn daarom zeer nauwkeurig. Soortgelijke processen vinden plaats bij het decafeïneren van koffie in koolstofdioxide onder hoge druk, in de stomerij en in de chemische productie. In al deze processen groeien nanodeeltjes. Door hun omvang te kennen, kunnen we deze processen veel beter begrijpen en verbeteren."

Dit is de eerste keer dat onderzoekers de groei van vrije nanodeeltjes in een groot drukbereik in gasvormig helium hebben kunnen waarnemen.

Frédéric Aitken van het G2ELab-CNRS voegde toe:"Ons werk is een belangrijke maatstaf voor het onderzoek naar de vorming en grootte van nanodeeltjes."