Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben nieuwe mogelijkheden laten zien voor het observeren van nanomaterialen in vloeistoffen door een grafeen 'petrischaal' te maken.

Nieuwe 2-dimensionale nanomaterialen hebben het potentieel om de efficiëntie te verbeteren, kosten verlagen en betere prestaties leveren in een breed scala aan toepassingen, waaronder; beter ontwerp van nanomaterialen voor batterijen of inzicht in de degradatie van batterijmaterialen om hun prestaties te verbeteren.

De unieke eigenschappen van 2D-materialen kunnen ook leiden tot functionele en antibacteriële coatings, bioanalyse, en gerichte medicijnafgifte. Echter, de moeilijkheid om groei en degradatie op atomaire schaal te beheersen, is momenteel een hindernis om het potentieel van deze opwindende materialen volledig te benutten.

Scanning / transmissie-elektronenmicroscopie (S/TEM) is een van de weinige technieken die beeldvorming en analyse van individuele atomen mogelijk maakt. Echter, het S/TEM-instrument vereist een hoog vacuüm om de elektronenbron te beschermen en om elektronenverstrooiing door moleculaire interacties te voorkomen.

Verschillende spraakmakende onderzoeken hebben eerder aangetoond dat de structuur van functionele materialen bij kamertemperatuur in vacuüm aanzienlijk kan verschillen van die in hun normale vloeibare omgeving. Dit kan hetzelfde zijn als proberen de structuur van een gedroogde pruim te bestuderen om de structuur van de originele pruim te begrijpen.

Publiceren in Nano-letters , een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Sarah Haigh en Dr. Roman Gorbachev van het National Graphene Institute en de School of Materials van de University of Manchester hebben aangetoond dat grafeen en boornitride kunnen worden gecombineerd om een ​​perfecte nano-petrischaal te creëren. Vloeistofmonsters in de schaal kunnen worden afgebeeld met gevoeligheid voor één atoom en het is ook mogelijk om hun elementaire samenstelling te meten op nanometer-lengteschaal.

Deze gemanipuleerde grafeenvloeistofcellen (EGLC) zijn opgebouwd uit 2D-materiaalbouwstenen:ze bestaan ​​uit een boornitride (BN) spacer geboord met gaten (waar de vloeistof zich bevindt) en aan beide zijden ingekapseld met grafeen.

Grafeen is het ultieme raammateriaal - sterk genoeg om het monster te beschermen tegen een hoogvacuümomgeving, maar tegelijkertijd dun genoeg om de resolutie van de elektronenbundel niet in gevaar te brengen. Hoofdauteur Daniel Kelly zei:"In tegenstelling tot sommige eerdere ontwerpen stellen onze vloeibare grafeencellen ons in staat om de atomen vele minuten in beeld te brengen. We waren zelfs in staat om individuele atomen in water op te lossen en ze te zien dansen onder de elektronenstraal."

De onderzoekers toonden ook aan dat deze nieuwe vloeibare grafeencellen een orde van grootte verbetering in de kwaliteit van elementaire analyse in vloeibare cellen mogelijk maken. Ze bestudeerden de afzetting van een 1nm schaal van ijzer op goud om kern-schaal nanodeeltjes te laten groeien. Dit nieuwe vermogen om minuscule concentraties over zulke kleine lengteschalen te volgen, is een noodzaak voor de steeds complexere chemische structuren van goed presterende nanokatalysatoren.

Mingwei Zhou, de student die deze cellen maakt, zei:"We beginnen te begrijpen hoe we deze steeds betrouwbaarder kunnen maken, dit maakt de 2-D petrischaal een veelbelovende route naar verdere in situ TEM-ontwikkelingen, inclusief beeldvorming van kleine biologische structuren zoals eiwitten."