В будущем почти все новые технологии в той или иной форме будут основаны на нанотехнологиях. Но наночастицы — темпераментные личности. Даже когда они выглядят одинаково на расстоянии, они упорно индивидуальны, когда вы увеличиваете масштаб каждого отдельного изображения.Светлана Алексеева и Кристоф Лангхаммер из Технологического университета Чалмерса в Швеции вместе с исследователями из Технического университета Дании обнаружили, почему разные поликристаллические наночастицы ведут себя так отчетливо при контакте с водородом.
Эти знания необходимы для разработки более совершенных детекторов водорода, которые, как ожидается, будут играть важную роль в безопасности водородных автомобилей.«Наши эксперименты ясно показали, как реакция с водородом зависит от специфики способа построения наночастиц.
Было удивительно видеть, насколько сильна корреляция между свойствами и откликом — и насколько хорошо это можно предсказать теоретически», — говорит Светлана Алексеева, постдок факультета физики Технологического университета Чалмерса.Наночастица определенного материала состоит из ряда более мелких зерен или кристаллов. Поэтому количество зерен и то, как они расположены, имеют решающее значение для определения того, как частица реагирует в определенной ситуации или с определенным веществом.
Алексеева и ее сотрудники создали карты — фактически виртуальные портреты — отдельных наночастиц палладия. На изображениях зерна показаны в виде нескольких полей, которые объединены в карту. Некоторые частицы состоят из большого количества зерен, другие — из меньшего числа зерен, и поля граничат друг с другом по-разному.Этот новый метод характеристики наночастиц основан на сочетании электронной микроскопии и оптической микроскопии.
Одни и те же люди исследуются с использованием обоих методов, и можно отслеживать их реакцию, когда они сталкиваются с другими веществами. Таким образом, это позволяет отобразить основные свойства материала наночастиц на индивидуальном уровне и увидеть, как они соотносятся с реакцией частиц, когда они взаимодействуют с окружающей средой.В результате открывается почти бесконечный диапазон возможностей для дальнейших исследований и разработки продуктов и наноматериалов, которые являются технически оптимизированными и более безопасными с точки зрения окружающей среды и здоровья.Исследованные наночастицы сами по себе действуют как сенсоры.
Когда они светятся, они показывают, как они реагируют с другими веществами, такими как различные газы или жидкости. Группа исследователей Лэнгхаммера в настоящее время работает над несколькими проектами в этой области, в том числе над обнаружением водорода.Но знания о наночастицах необходимы в целом ряде различных сфер жизни общества.
К ним относятся, например, новые электронные устройства, батареи, топливные элементы, каталитические преобразователи, текстиль, а также химическая инженерия и биотехнология. Мы еще многого не знаем о том, как эти маленькие частицы действуют или будут влиять на нас и окружающую среду в долгосрочной перспективе.«Нанотехнологии в мире быстро развиваются, но пока исследования в области нанобезопасности не идут такими же темпами. Поэтому нам нужно гораздо лучше понять риски и то, что отличает опасные наночастицы от неопасных», — говорит Кристоф Лангхаммер, доцент кафедры физики Чалмерса.
«Наша работа показывает, что не все так, как кажется — важны детали. Чтобы понять, опасны ли наночастицы для людей, животных или природы, и почему, нам также необходимо рассматривать их индивидуально. Теперь наш новый метод позволяет нам сделать это."