Nanodeeltjes zijn in veel disciplines belangrijk omdat hun grote oppervlakte in vergelijking met hun volume hen interessante eigenschappen geeft. Verdere ontwikkeling van analysemethoden voor nanodeeltjes is daarom cruciaal. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een manier gerapporteerd om de vorming van een bepaald soort metalen nanodeeltjes in realtime te karakteriseren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Physical Review B .

Kern-schil nanodeeltjes vormen het ene type materiaal ingekapseld in een ander en bieden eigenschappen die niet beschikbaar zijn met slechts één materiaal.

Wanneer de materialen metalen zijn en de ene op de andere wordt afgezet, betekenen bepaalde kenmerken van de metalen - bijvoorbeeld de atoomgrootte en de oppervlakte-energie - dat ze zich moeten organiseren met een bepaald metaal als de schaal. In de praktijk is het resultaat echter niet altijd wat wordt verwacht en kan het veranderen afhankelijk van de experimentele procedure.

Methoden voor het analyseren van kern-schil nanomaterialen worden over het algemeen toegepast na synthese, waardoor er weinig inzicht is in wat er gebeurt tijdens het vormingsproces. De onderzoekers ontwikkelden daarom een ​​techniek waarmee ze de metaalafzetting en herstructurering in realtime bij kamertemperatuur konden volgen.

"Onze techniek is gebaseerd op het idee dat als het metaal met hogere oppervlakte-energie de schaal vormt, het oppervlak van het deeltje wil minimaliseren, zodat het de bol strakker maakt", legt eerste auteur Nobutomo Nakamura uit. "Als er echter interdiffusie van de metalen is, is de structuur van de kern-schildeeltjes meer verspreid. Daarom hebben we het verschil in deeltjesvorm gevolgd met behulp van een piëzo-elektrische resonator."

De vormveranderingen werden gevolgd door nanodeeltjes heel dicht bij elkaar op een substraat te laten groeien en vervolgens de afstand tussen de deeltjes door de weerstand te volgen.

Als het door de resonator opgewekte elektrische veld ervoor zorgde dat elektronen tussen deeltjes die op afstand van elkaar stonden, bewogen, dan was de weerstand hoog omdat de stroom werd onderbroken door de openingen. Als de deeltjes zich echter verspreidden en elkaar raakten en een continu pad vormden, nam de weerstand af. Deze informatie werd vervolgens gebruikt om te interpreteren wat er in de deeltjes gebeurde.

Het systeem werd gebruikt om drie verschillende combinaties van twee metalen te onderzoeken, die in beide orden waren afgezet. Het bleek dat de afzettingen in realtime konden worden gevolgd en de afzetting van goud gevolgd door palladium leidde met name tot interdiffusie, waarbij kern-schildeeltjes werden gevormd met een structuur die tegengesteld was aan de afzettingsvolgorde.

"Onze techniek biedt de mogelijkheid om de voorbereiding van bimetalen kern-schaal nanodeeltjes te verfijnen", zegt universitair hoofddocent Nakamura. "Deze controle zal naar verwachting leiden tot het op maat ontwerpen van nanomaterialen voor toepassingen zoals waterstofdetectie en duurzame verwerking."

Het artikel, "Restructuring in bimetallic core-shell nanoparticles:Realtime observation", werd gepubliceerd in Physical Review B . + Verder verkennen

Multidisciplinaire samenwerking leidt tot katalysatoren die tot 50 keer effectiever zijn