Исследования важны для инженерного сектора для некоторых потенциальных применений нанотехнологий, например, в катализе и авиакосмической промышленности, где частицы только нанометрового размера подвергаются воздействию очень высоких температур.Результаты исследования, которое представляло собой трехстороннее сотрудничество Бирмингема, Суонси и Университета Генуи, были опубликованы на этой неделе в журнале Nature Communications.
Исследование показало, что наночастицы золота точно выбранного размера (561 атом ± 14) чрезвычайно устойчивы к диффузии и агрегации, но их внутреннее атомное расположение действительно меняется.Исследователи использовали сверхстабильный столик с регулируемой температурой в сканирующем просвечивающем электронном микроскопе с коррекцией аберраций, чтобы подвергнуть массив золотых наночастиц (или кластеров) выбранного размера воздействию температур до 500 ° C, визуализируя их с атомным разрешением. Частицы наносились из источника наночастиц на тонкие пленки нитрида кремния или углерода.
Две альтернативные архитектуры нанокластеров золота, содержащих 561 атом.Эксперименты показали, что связывание наночастиц золота с поверхностью на точечных дефектах оказалось достаточно прочным, чтобы зафиксировать их даже в верхней части температурного диапазона.
Но атомные структуры кластеров колебались при термообработке, переключаясь между двумя основными атомными конфигурациями («изомерами»): это была гранецентрированная кубическая структура, похожая на небольшой кусок массивного золота, и декаэдрическая расположение с запрещенной в протяженном кристалле симметрией. Исследователи даже смогли измерить крошечную разницу в энергии (всего 40 мэВ) между этими двумя разными атомными архитектурами.Профессор Ричард Палмер, руководитель лаборатории наноматериалов Инженерного колледжа Университета Суонси, прокомментировал: «Эти продвинутые эксперименты позволили нам провести новое измерение наночастиц, нанесенных на поверхность — разницы в энергии между двумя конкурирующими атомными структурами.
Это что-то что люди, которые используют компьютеры для расчета свойств наноматериалов, особенно взволнованы, это своего рода ориентир, если хотите. И изображения показывают, что наши маленькие наночастицы действительно довольно крепкие существа, что весьма неплохо для их применения в промышленности будущего. производство ".Исследования Swansea Lab направлены на увеличение производства таких наночастиц в 10 миллионов раз до уровня граммов и выше.
Как говорит профессор Палмер: «Нам нужны очень маленькие вещи в очень большом количестве, чтобы реализовать истинный потенциал нанотехнологий».