News image News image News image News image News image News image News image News image


Ученые впервые смогли зафиксировать рост кристаллов на видео с молекулярным разрешением
Нанотехнологии как наука - Нанотехнологии в химии

ученые впервые смогли зафиксировать рост кристаллов на видео с молекулярным разрешением

Платиновые наночастицы

Поэтому работа Пола Аливисатоса и его коллег чрезвычайно важна не только для физики твердого тела и кристаллографии, но и для инженеров, разрабатывающих коммерческие продукты.

Ученые из США смогли приоткрыть завесу, скрывающую «сокрытый мир» молекулярной активности в сложных молекулярных ансамблях.

Нанотехнологии не могут развиваться без детального понимания процессов, происходящих при формировании наноструктур. Обычно, механизмы нанопроизводства ученые используют при создании наноразмерных объектов по заранее спроектированным «чертежам».

Так, исследователям из лабораторий Беркли (Berkeley Lab), в частности, Национального Центра Электронной Микроскопии (National Center for Electron Microscopy – NCEM), удалось зафиксировать в реальном времени процесс роста коллоидального платинового нанокристалла в растворе. При этом в видеозаписи задействовано одновременно большое количество молекул.

Как говорит директор лаборатории Пол Аливисатос (Paul Alivisatos) и его коллега Ульрих Дамен (Ulrich Dahmen), многие представления ученых о росте и формировании кристаллов были неполными, а кое-где – вовсе ошибочными. Благодаря полученному видео ученые восполнят существенные пробелы в кристаллографии.

Это достижение было бы невозможным без современных средств трансмиссионной электронной микроскопии, работающей с субнанометровым разрешением. В растворе удалось наблюдать формирование коллоидного платинового нанокристалла. При этом, оказалось, что кристаллы сначала формировались по «классической схеме» – из молекул образовывалось ядро, «обрастающее» в дальнейшем молекулами из раствора, а затем происходили интересные вещи – несколько небольших уже сформированных нанокристаллов аггрегатировались в большее образование.

Этот процесс ученые назвали ростом, связанным с «коалесцентными событиями», т.е. событиями слияния ряда мелких кристаллов в один большой. Несмотря на разные траектории роста нанокристаллов, в итоге получалось монодисперсное образование, что значит, что в «коалесцентном слиянии» участвуют примерно одинаковые по размерам и форме нанокристаллы.

«Мы наблюдали коалесцентные события и ранее, при росте монодисперсных коллоидных кристаллов, например, – говорит один из исследователей, химик Хаймей Жень (Haimei Zheng). – Но в нашем последнем исследовании стало ясно, что коалесцентные события происходят на самых ранних стадиях формирования монодисперсного кристалла ».

О своих достижениях ученые сообщили в статье журнала Science: «Observation of Single Colloidal Platinum Nanocrystal Growth Trajectories.» Co-authoring this paper with Zheng, Alivisatos and Dahmen were Rachel Smith, Young-wook Jun and Christian Kisielowski.

Не секрет, что понимание механизмов роста нанокристаллов востребовано среди химиков и инженеров, работающих в области солнечной энергетики, топливных элементов, нанокатализа, фотоники, электроники и медицины. Например, для производства наносенсоров нужно заставить кристалл расти только так, как рассчитают ученые, а не иначе.

Естественно, сделать это, не зная, как именно формируется в растворе кристалл, невозможно. В прошлые два десятилетия полупроводниковая индустрия двигалась семимильными шагами, однако ее основа – синтез кристаллов сперва достигалась методом проб и ошибок. И если для современного сосотояния полупроводниковой индустрии это допустимо, то для ее дальнейшего развития нужны более «чистые» и дешевые кристаллы.

Экспериментальная установка ученых работает на базе JEOL 3010 In-Situ ТЭМ микроскопа. Благодаря высокой энергии луча (около 300 киловольт) микроскоп позволяет работать с пространственным разрешением около 8 ангстрем, что позволяет исследовать поведение наночастиц в тонком жидкостном контейнере. Это лучший инструмент лаборатории для фиксирования динамических событий с таким разрешением.

Жидкостный контейнер для наблюдений сделан из пары кремниевых подложек размерами 100 нанометров с окном-мембраной из нитрида кремния толщиной всего 20 нм. Платиновые нанокристаллы тоже подобраны для эксперимента не случайно – они обладают нужным контрастом для визуализации наночастиц в ТЭМ-микроскопии. При этом луч микроскопа JEOL 3010 был и катализатором реакции кристаллизации благодаря удалению катионов платины.

Проанализировав полученное видео, Жень и его коллеги пришли к выводу, что большие кристаллы, сформированные с помощью коалесцентных событий, обладают худшими физическими свойствами из-за хаотичности процесса их формирования.

Так, при точном производстве коллоидных кристаллов, нужно будет добавлять в раствор суфрактанты, задерживающие случайные коалесцентные события.

Ученые уверены, что им предстоит еще много интересных открытий в области нанохимии кристаллов благодаря новому инструменту на базе ТЭМ-микроскопа.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

«Папа всех бомб»: избирательные нанотехн

News image

По мнению экспертов, испытание нового оружия – продолжение пиар-политики силового блока и первого вице-премьера Сергея Ив...

Физические и химические процессы в ракет

News image

Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего со...

Протеин поможет выращивать поликристалли

News image

Японский институт NAIST (Nara Institute of Science and Technology) представил технологию выращивания поликристаллического кремния с и...

Томские ученые исследуют наноматериалы н

News image

ТОМСК, 27 октября. /Корр. «ТАСС-Сибирь» Сергей Чернышов/. Томский политехнический университет стал участником европейского проекта по оц...

Как измерить проводимость полимерной мол

News image

Развитие различных электронных устройств на основе единичных молекул требует полного понимания того, как происходит транспорт но...

Секрет нанобомбы. Мода на приставку «нан

News image

Большинством анекдотов про нанотехнологии мы обязаны первому вице-премьеру Сергею Иванову, автору бессмертной фразы «Продукция на ос...

Младшие братья

News image

Возможности наноспутников обсуждали энтузиасты на конференции «Микротехнологии в авиации и космонавтике», состоявшейся в Москве 16-17 се...

Что такое композитные материалы

News image

Многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и ...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Kyosemi использует в солнечных ячейках фотодиоды шарооб

На 2-ой Международной выставке по генерации электроэнергии с помощью фотовольтаических приборов (Second International Photovoltaic Power Generation Expo), проходившей 27 – 29...

Завод Москвич хотят перевести на нанотехнологии

К масштабной реконструкции готовится бывший автозавод «Москвич». Перспективы использования заводской территории обсуждала городская коллегия по развитию промышленных зон, сообщает ТВЦ. Будут на...

Ветряные двигатели для домашнего использования работают

Леверкузен (Германия). Небольшие, очень прочные и ультралегкие Baytubes - углеродные нанотрубки производства компании Байер - дают отличные возможности для ветроэнергетики. Он...

Осветительные приборы печатаются на гибкой поверхности

General Electric Global Research впервые в мире добилась того, что светоизлучающие диоды OLED напечатаны на гибкой подложке, подобно тому, как пе...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.