Onderzoekers van Chalmers University of Technology en de Technical University of Denmark hebben een methode ontwikkeld die het mogelijk maakt om de individuele reacties van nanodeeltjes in verschillende situaties en contexten in kaart te brengen. De resultaten maken de weg vrij voor betere nanomaterialen en veiligere nanotechnologie en zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

In de toekomst zal bijna alle nieuwe technologie in een of andere vorm gebaseerd zijn op nanotechnologie. Maar nanodeeltjes zijn temperamentvolle persoonlijkheden. Zelfs als ze er van een afstand hetzelfde uitzien, ze zijn hardnekkig individueel als je inzoomt op elke individuele.

Svetlana Alekseeva en Christoph Langhammer aan de Chalmers University of Technology in Zweden, samen met onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken, hebben ontdekt waarom verschillende polykristallijne nanodeeltjes zich zo verschillend gedragen als ze in contact komen met waterstof. Deze kennis is essentieel om betere waterstofdetectoren te ontwikkelen, die naar verwachting een belangrijke rol gaan spelen in de veiligheid van waterstofauto’s.

"Onze experimenten lieten duidelijk zien hoe de reactie met waterstof afhangt van de specifieke kenmerken van de manier waarop de nanodeeltjes zijn geconstrueerd. Het was verrassend om te zien hoe sterk de correlatie was tussen eigenschappen en respons - en hoe goed het theoretisch kon worden voorspeld, " zegt Svetlana Alekseeva, een postdoc bij de afdeling Natuurkunde van de Chalmers University of Technology.

Een nanodeeltje van een bepaald materiaal bestaat uit een aantal kleinere korrels of kristallen. Het aantal korrels en hoe ze gerangschikt zijn, is dus cruciaal om te bepalen hoe het deeltje reageert in een bepaalde situatie of met een bepaalde stof.

Alekseeva en haar medewerkers hebben kaarten gemaakt - in feite virtuele portretten - van individuele palladium-nanodeeltjes. De afbeeldingen tonen de korrels als een aantal velden die zijn samengevoegd tot een kaart. Sommige deeltjes bestaan ​​uit een groot aantal korrels, anderen hebben minder granen, en de velden grenzen op verschillende manieren aan elkaar.

Deze nieuwe methode om nanodeeltjes te karakteriseren is gebaseerd op een combinatie van elektronenmicroscopie en optische microscopie. Dezelfde personen worden met beide methoden onderzocht en het is mogelijk om hun reactie te volgen wanneer ze andere stoffen tegenkomen. Dit maakt het dus mogelijk om de basismateriaaleigenschappen van nanodeeltjes op individueel niveau in kaart te brengen, en zie hoe deze correleren met de reactie van de deeltjes wanneer ze interageren met hun omgeving.

Hierdoor ontstaat een bijna oneindig scala aan mogelijkheden voor verder onderzoek en voor de ontwikkeling van producten en nanomaterialen die zowel technisch geoptimaliseerd als vanuit milieu- en gezondheidsoogpunt veiliger zijn.

De onderzochte nanodeeltjes werken op zichzelf ook als sensoren. Als ze verlicht zijn, ze onthullen hoe ze reageren met andere stoffen, zoals verschillende gassen of vloeistoffen. Het onderzoeksteam van Langhammer werkt momenteel aan verschillende projecten op dit gebied, waaronder enkele met betrekking tot waterstofdetectie.

Maar kennis over nanodeeltjes is nodig op allerlei terreinen in de samenleving. Waaronder, bijvoorbeeld, in nieuwe elektronische apparaten, batterijen, brandstofcellen, katalysatoren, textiel en in chemische technologie en biotechnologie. Er is nog veel dat we niet weten over hoe deze kleine deeltjes werken of op de lange termijn invloed zullen hebben op ons en het milieu.

"Nanotechnologie ontwikkelt zich snel in de wereld, maar tot nu toe gaat het onderzoek naar nanoveiligheid niet in hetzelfde tempo. We moeten daarom veel beter inzicht krijgen in de risico's en wat een gevaarlijk nanodeeltje onderscheidt van een niet-gevaarlijk nanodeeltje, " zegt Christoph Langhammer, Universitair hoofddocent bij de afdeling Natuurkunde, bij Chalmers.

"Ons werk geeft aan dat niet alles is wat het lijkt - het zijn de details die cruciaal zijn. Om te begrijpen of en waarom nanodeeltjes gevaarlijk zijn voor mensen, dieren of de natuur, we moeten ze ook afzonderlijk bekijken. Onze nieuwe methode stelt ons nu in staat om dit te doen."