Een expert op het gebied van nanomaterialen van de Swansea University heeft gekeken naar hoe kleine gouddeeltjes overleven wanneer ze worden blootgesteld aan zeer hoge temperaturen.

Het onderzoek is belangrijk voor de technische sector voor enkele potentiële toepassingen van nanotechnologie, bijvoorbeeld in katalyse en ruimtevaart, waar deeltjes van slechts nanometer-afmetingen worden blootgesteld aan zeer hoge temperaturen.

De resultaten van de studie, dat was een samenwerking tussen Birmingham, Swansea en de Universiteit van Genua, verscheen deze week in het tijdschrift Natuurcommunicatie . De studie toonde aan dat gouden nanodeeltjes van nauwkeurig geselecteerde grootte (561 atomen ± 14) opmerkelijk robuust zijn tegen diffusie en aggregatie, maar hun interne atomaire rangschikkingen veranderen.

De onderzoekers gebruikten een ultrastabiele, trap met variabele temperatuur in een aberratie-gecorrigeerde scanning transmissie-elektronenmicroscoop om een ​​reeks op grootte geselecteerde gouden nanodeeltjes (of clusters) te onderwerpen aan temperaturen tot 500 ° C terwijl ze worden afgebeeld met atomaire resolutie. De deeltjes werden vanuit een bron van nanodeeltjes afgezet op dunne films van siliciumnitride of koolstof.

De twee alternatieve architecturen van de gouden nanoclusters met 561 atomen

De experimenten toonden aan dat de binding van de gouden nanodeeltjes aan het oppervlak, bij puntdefecten, bleek sterk genoeg om ze te repareren, zelfs aan de bovenkant van het temperatuurbereik. Maar de atomaire structuren van de clusters fluctueerden onder de warmtebehandeling, heen en weer schakelen tussen twee hoofdconfiguraties van atomen ("isomeren"):dit was een kubusvormige structuur met het gezicht in het midden, vergelijkbaar met een klein stukje goud in bulk, en een decaëdrische rangschikking met een symmetrie die verboden is in een uitgebreid kristal. De onderzoekers waren zelfs in staat om het kleine verschil in energie (slechts 40 meV) tussen deze twee verschillende atomaire architecturen te meten.

Professor Richard Palmer, hoofd van het Nanomaterialen Lab in het Engineering College van Swansea University, merkte op:"Deze geavanceerde experimenten hebben ons in staat gesteld een nieuwe meting te doen voor nanodeeltjes die op een oppervlak zijn afgezet - het verschil in energie tussen twee concurrerende atomaire arrangementen. Het is iets waar de mensen die computers gebruiken om de eigenschappen van nanomaterialen te berekenen, bijzonder enthousiast zijn over, een soort referentiepunt zo je wilt. En de afbeeldingen laten zien dat onze kleine nanodeeltjes echt nogal taaie wezens zijn, wat een goed voorteken is voor hun toepassingen in toekomstige industriële productie."

Het onderzoek van het Swansea Lab is gericht op opschaling van de productie van dergelijke nanodeeltjes met 10 miljoen keer tot het niveau van gram, en verder. Zoals Prof Palmer zegt:"We hebben zeer kleine dingen in zeer grote aantallen nodig om het ware potentieel van nanotechnologie te realiseren".