Obrazowanie wzrostu nanokryształów otoczonych kapsułkami grafenowymi

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Naukowcy z USA i Korei Południowej jako pierwsi na świecie zaobserwowali proces wzrostu nanokryształu w skali atomowej. Technika, którą zastosowali polegała na umieszczeniu kryształów wewnątrz grafenowej kapsułki i następnie obrazowaniu jej przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego. Metoda ta może zostać wykorzystana do badania różnych nanomateriałów umieszczanych w roztworze, a nawet próbek biologicznych w ich naturalnych, ciekłych środowiskach.

Transmisyjny mikroskop elektronowy (TEM) (ang. transmission electron microscope), skonstruowany po raz pierwszy w 1931 roku przez Maxa Knolla i Ernsta Ruskę, pozwala otrzymywać obrazy o znacznie większej rozdzielczości, niż tradycyjny mikroskop optyczny. Dzieje się tak dlatego, ponieważ mikroskop TEM, zamiast światła, używa do obrazowania obiektów wiązki wysokoenergetycznych elektronów. Aby wiązka elektronów mogła „osiągnąć” badany obiekt, konieczne staje się wytworzenie odpowiednio wysokiej próżni.

Pomimo nieustannego rozwoju mikroskopów TEM, cały czas wielką trudność sprawia obrazowanie nimi płynów. Aby zapobiec parowaniu cieczy mogącej wpłynąć na pogorszenie próżni, płyny muszą znajdować się w specjalnej kapsułce wykonanej z ciała stałego (zazwyczaj z azotku krzemu lub tlenku krzemu). Kapsułki te, nazywane również ciekłymi komórkami, posiadają membrany o grubości wynoszącej nawet 100 nm. Grubość ta jest niestety zbyt duża, aby wiązka elektronów mogła skutecznie przez nią przeniknąć, sprawiając tym samym, że najlepsza rozdzielczość przestrzenna jaką można uzyskać wynosi zazwyczaj kilka nanometrów.

wizualizacja kapsułki grafenowej zawierającej nanokryształy platyny
Wizualizacja kapsułki grafenowej zawierającej nanokryształy platyny

Grafenowe kapsułki

Jungwon Park z University of California wraz z naukowcami z Lawrence Berkeley National Laboratory oraz z KAIST w Korei Południowej wykazali, że kapsułki wykonane z grafenu mogą pełnić rolę przezroczystych „okien” dla wiązki elektronów. Występowanie tego efektu związane jest bezpośrednio z grubością arkuszy grafenu odpowiadającą grubości jednego atomu węgla, dzięki czemu grafen nie powoduje rozpraszania elektronów, lecz pozwala na ich niezaburzoną transmisję. Dodatkowo, ze względu na niebywałą wytrzymałość mechaniczną oraz bardzo słabą reaktywność chemiczną grafen chroni próbkę przed niszczącym wpływem wiązki wysokoenergetycznych elektronów.

Naukowcy wypełnili grafenową kapsułkę roztworem zawierającym nanokryształy platyny, którą poddali następnie badaniu przy użyciu mikroskopu TEM ze skorygowaną aberracją. Park powiedział, że jego zespół był w stanie zobaczyć proces zarodkowania oraz wzrost nanokryształów z bardzo wysoką rozdzielczością rzędu jednego angstrema (0,1 nm). Wspomniał także, że udało im się również zauważyć nowe i dosyć nieoczekiwane etapy wzrostu nanokryształów, w szczególności sposób w jaki wybrane nanokryształy łączyły się ze sobą wzdłuż jednakowego kierunku krystalograficznego oraz zmieniały swój kształt.

Obrazowanie nanostruktur

Zdaniem Parka technika opracowana przez jego zespół mogłaby zostać z powodzeniem zastosowana do obrazowania szerokiej gamy nanomateriałów obejmujących nanocząstki, nanostruktury, a nawet próbki biologiczne znajdujące się w roztworze cieczy. „Oglądanie w czasie rzeczywistym reakcji chemicznych zachodzących w cieczach jest marzeniem wielu chemików oraz fizyków, a teraz mamy możliwość badania różnych nanocząstek „rosnących” w roztworze przy pomocy naszej techniki”, powiedział Park.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Dodaj komentarz