"De vormen zijn afgeleid van deze stapeling van de atomen", zegt ze. "De motivatie om verschillende vormen te maken komt eigenlijk neer op de rangschikking van de atomen wanneer het materiaal op verschillende manieren in verschillende kristalvlakken wordt gesneden."

In het artikel concentreert Bentley zich op vormen met een lage index, die zij beschrijft als de drie eenvoudigste manieren om de structuur in stukken te snijden.

‘Er zijn veel complexere manieren om het in stukken te snijden, maar dit zijn de drie fundamentele manieren om het te doen, door er zes, acht of twaalf zijden van te maken:kubussen, octaëders of ruitvormige dodecaëders. Het was een logische keuze om ons te concentreren op die drie voor het artikel."

Een 'wirwar van cijfers' transformeren in vormen

"Nanowetenschappen is een onderwerp dat zowel tussen scheikunde als natuurkunde in het curriculum valt, maar ook tussen onderzoek op bachelor- en masterniveau", zegt Bentley.

‘Het is belangrijk dat beginnende materiaalchemici een fundamenteel begrip hebben van kristalvlakken, facetten en groeirichtingen. Ze moeten ook het driecijferige notatiesysteem begrijpen dat wordt gebruikt om deze attributen te indexeren, bekend als de Miller-indices. Anders kan dit systeem zien eruit als een mysterieuze wirwar van cijfers."

Ze vond het belangrijk om een ​​basis van kennis te bieden in een toegankelijk formaat dat docenten zou kunnen helpen bij het introduceren van dit belangrijke en groeiende vakgebied. Hoewel complexere structuren dan de 3D-geprinte modellen digitaal kunnen worden gemaakt via computersimulatieprogramma's, gelooft Bentley dat het voordelen heeft om de modellen in je handen te kunnen houden.

"Ik hou van dingen waar ik naar kan kijken en over kan nadenken", zegt ze, eraan toevoegend dat 3D-modellen bijzonder nuttig zijn om inzicht te krijgen in dit belangrijke nanowetenschappelijke onderwerp.

Groeiende gouddeeltjes om koolstofdioxide om te zetten

In Bentley's laboratorium werken zij en studenten aan het manipuleren van goudatomen in flesjes met vloeistof om de vormen van nanodeeltjes te controleren.

"Je moet gewoon de juiste omstandigheden en de juiste temperaturen creëren, een hele omgeving die bevorderlijk is voor het kweken van een bepaalde vorm", zegt ze.

Bentley bestudeert gouden nanodeeltjes, die opmerkelijk zijn vanwege hun katalytische eigenschappen of het vermogen om chemische reacties te versnellen. De manier waarop het materiaal wordt gesneden, legt verschillende atomenpatronen bloot, legt ze uit. Uit eerder onderzoek is gebleken dat één bepaalde vorm van gouden nanodeeltjes, de twaalfzijdige ruitvormige dodecaëders, effectiever is in het omzetten van koolstofdioxide in brandstofmaterialen.

"Het is net recyclen", zegt Bentley. "Deze vorm van nanodeeltjes stelt onderzoekers niet alleen in staat koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen, maar het stelt hen ook in staat er weer een soort brandstof van te maken die kan worden gebruikt. Dus als we deeltjes kunnen laten groeien die alleen dit facet op zich hebben, is dat een echt voordeel."

Meer informatie: Anne K. Bentley et al, Een inleiding over roostervlakken, kristalfacetten en vormcontrole van nanodeeltjes, Journal of Chemical Education (2023). DOI:10.1021/acs.jchemed.3c00371

Journaalinformatie: Journal of Chemical Education

Aangeboden door Lewis &Clark College