Wetenschappers van de Chalmers University of Technology hebben een nieuwe manier ontwikkeld om nanodeeltjes één voor één te bestuderen. en hebben ontdekt dat individuele deeltjes die in feite identiek lijken, heel verschillende eigenschappen kunnen hebben. De resultaten, die van belang kunnen zijn bij de ontwikkeling van nieuwe materialen of toepassingen zoals waterstofsensoren voor brandstofcelauto's, zal worden gepubliceerd in Natuurmaterialen .

"We hebben kunnen laten zien dat je diepere inzichten krijgt in de fysica van hoe nanomaterialen interageren met moleculen in hun omgeving door naar het individuele nanodeeltje te kijken in plaats van naar veel ervan tegelijk, dat is wat meestal wordt gedaan, " zegt universitair hoofddocent Christoph Langhammer, die het project leidde.

Door een nieuwe experimentele benadering toe te passen, plasmonische nanospectroscopie genaamd, de groep bestudeerde waterstofabsorptie in enkele palladium-nanodeeltjes. Ze ontdekten dat deeltjes met exact dezelfde vorm en grootte verschillen kunnen vertonen tot wel 40 millibar in de druk waarbij waterstof wordt geabsorbeerd. De ontwikkeling van sensoren die waterstoflekken in auto's met brandstofcel kunnen detecteren, is een voorbeeld van waar dit nieuwe begrip in de toekomst waardevol kan worden.

"Een grote uitdaging bij het werken aan waterstofsensoren is het ontwerpen van materialen waarvan de reactie op waterstof zo lineair en omkeerbaar mogelijk is. Op die manier kunnen het verkregen fundamentele begrip van de redenen die ten grondslag liggen aan de verschillen tussen schijnbaar identieke individuele deeltjes en hoe dit de respons onomkeerbaar maakt in een bepaald waterstofconcentratiebereik, kan nuttig zijn, ', zegt Christoph Langhammer.

Anderen hebben één voor één naar enkele nanodeeltjes gekeken, maar de nieuwe benadering die door het Chalmers-team is geïntroduceerd, gebruikt zichtbaar licht met een lage intensiteit om de deeltjes te bestuderen. Dit betekent dat de methode niet-invasief is en het systeem dat het onderzoekt niet verstoort, bijvoorbeeld, het opwarmen.

"Als je individuele nanodeeltjes bestudeert, moet je een soort sonde sturen om het deeltje te vragen 'wat ben je aan het doen?'. Dit betekent meestal dat je een bundel hoogenergetische elektronen of fotonen of een mechanische sonde op een heel klein volume focust. krijgen snel zeer hoge energiedichtheden, die het proces waarnaar u wilt kijken, kunnen verstoren. Dit effect wordt geminimaliseerd in onze nieuwe aanpak, die ook compatibel is met omgevingsomstandigheden, wat betekent dat we nanodeeltjes één voor één kunnen bestuderen in een zo realistisch mogelijke omgeving", zegt Christoph Langhammer.

Hoewel ze nu het niveau hebben bereikt waarop hun resultaten klaar zijn om te worden gepubliceerd, Christoph Langhammer gelooft dat ze net de oppervlakte hebben bekrast van waar hun ontdekking en ontwikkelde experimentele methodologie toe zullen leiden met betrekking tot verder onderzoek. Hij hoopt dat ze hebben bijgedragen aan het opzetten van een nieuw experimenteel paradigma, waarbij het individueel kijken naar nanodeeltjes standaard wordt in de wetenschappelijke wereld.

"Het is niet goed genoeg om naar te kijken, en zo een gemiddelde te krijgen van, honderden of miljoenen deeltjes als je de details wilt begrijpen van hoe nanodeeltjes zich gedragen in verschillende omgevingen en toepassingen. Je moet naar de individuele kijken, en we hebben een nieuwe manier gevonden om dat te doen."

"Mijn eigen langetermijnvisie is om onze methode toe te passen op complexere processen en materialen, en om de grenzen te verleggen in termen van hoe klein nanodeeltjes voor ons kunnen zijn om ze te kunnen meten. Hopelijk, onderweg, we zullen nog dieper inzicht krijgen in de fascinerende wereld van nanomaterialen."