Nieuw onderzoek geeft inzicht in de structuur van silicium nanokristallen, een stof die belooft efficiënte lithium-ionbatterijen te leveren die uw telefoon van stroom voorzien voor medische beeldvorming op nanoschaal.

Het onderzoek werd uitgevoerd door een team van scheikundigen van de Universiteit van Alberta, geleid door twee Ph.D. studenten van de faculteit scheikunde, Alyx Thiessen en Michelle Ha.

"Silicium nanokristallen zijn belangrijke componenten voor veel moderne technologie, inclusief lithium-ionbatterijen, " zei, Thiessen, die studeert bij professor Jonathan Veinot. "Hoe meer we weten over hun structuur, hoe meer we zullen begrijpen over hoe ze werken en hoe ze voor verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt."

In twee onlangs gepubliceerde artikelen, het onderzoeksteam karakteriseerde de structuur van silicium nanokristallen sneller en nauwkeuriger dan ooit tevoren, met behulp van een geavanceerde techniek die bekend staat als dynamische nucleaire polarisatie (DNP).

"Met behulp van de DNP-technologie, we konden aantonen dat grotere silicium nanokristallen een gelaagde structuur hebben die aan het oppervlak ongeordend is, met een kristallijne kern die wordt gescheiden door een middelste laag, " verklaarde Ha, die studeert onder toezicht van assistent-professor Vladimir Michaelis. "Dit is de eerste keer dat dit is gedocumenteerd in silicium nanokristallen."

Silicium nanokristallen hebben zich verspreid in de wereld van wetenschappelijk onderzoek. Van toepassingen bij de ontwikkeling van batterijen met ultrahoge capaciteit tot de volgende generatie medische beeldvorming op cellulair niveau, hun potentieel is schijnbaar eindeloos.

"Het begrijpen van de structuur van silicium nanokristallen is erg nuttig, " legde Thiessen uit. "Door de structuur grondig te onderzoeken, we bouwen ons begrip van de eigenschappen van de kristallen op, die op hun beurt kunnen worden gebruikt om hun functie te optimaliseren."

"En dit zal ons in staat stellen om de silicium nanokristallen aan te passen aan elke toepassing of elk veld dat we willen, " voegde Ha toe. "Dit onderzoek kan van invloed zijn op veel verschillende onderzoeksgebieden, inclusief de ontwikkeling van nauwkeurigere medische beeldvormingstechnologie tot nieuwe, efficiëntere batterijen. Deze silicium nanokristallen zijn extreem veelzijdig."

Zowel Thiessen als Ha zijn studenten van het Alberta/Technical University of Munich International Graduate School for Hybrid Functional Materials (ATUMS)-programma, waardoor ze een internationale interdisciplinaire onderzoeksomgeving kunnen ervaren en aspecten van hun onderzoek in München kunnen uitvoeren, Duitsland.

Het eerste papier, "Silicium nanodeeltjes:zijn ze kristallijn van de kern tot aan de oppervlakte?" werd geleid door Thiessen en gepubliceerd in Chemie van materialen (DOI:10.1021/acs.chemmater.8b03074). Het tweede papier, "Endogene dynamische nucleaire polarisatie NMR van hydride-getermineerde silicium nanodeeltjes" werd geleid door Ha en gepubliceerd in Solid State nucleaire magnetische resonantie (DOI:10.1016/j.ssnmr.2019.04.001).