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¿Cómo crecen las nanopartículas? Película a escala atómica anula teoría de 100 años

Crédito: Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley

Durante décadas, el proceso de libro de texto conocido como «maduración de Ostwald», llamado así por el químico ganador del Premio Nobel Wilhelm Ostwald, ha guiado el diseño de nuevos materiales, incluidas las nanopartículas, materiales demasiado pequeños para ser vistos a simple vista.


Según esta teoría, pequeñas partículas Se disuelven y precipitan en la superficie de las partículas grandes, y las partículas grandes continúan creciendo hasta que todas las partículas pequeñas se han disuelto.

Pero ahora, un nuevo video capturado por científicos de Berkeley Lab muestra que el crecimiento de nanopartículas no está dirigido por la diferencia de tamaño, sino por las imperfecciones.

Los científicos informaron recientemente sus hallazgos en la revista Conexiones con la naturaleza.

«Este es un gran hito. Estamos reescribiendo la química de los libros de texto, lo cual es muy emocionante», dijo el autor principal Hemi Zeng, científico principal en el Departamento de Ciencia de Materiales en Berkeley Lab y profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en UC Berkeley.

Para el estudio, los investigadores suspendieron una solución de nanopartículas de sulfuro de cadmio (CdS) con cloruro de cadmio (CdCl).2) Y el cloruro de hidrogeno (HCl) en un soporte de muestra líquido dedicado. Los investigadores revelaron la solución con rayo de electrones Para la producción de discos CD-CdCl أقراص2 Nanopartículas de núcleo y cubierta (CSNP), que parecen discos hexagonales planos, donde los átomos de cadmio forman el núcleo y el cloruro de cadmio forma la cubierta.

Nuevas imágenes de video capturadas por científicos de Berkeley Lab revelan por primera vez que el crecimiento de nanopartículas no está dirigido por una diferencia de tamaño, sino por imperfecciones. Crédito: Haimei Zheng/Berkeley Lab

Usando una técnica llamada microscopía electrónica de transferencia de células líquidas de alta resolución (LC-TEM) en Molecular Foundry, los investigadores han capturado Actualmentevideos LC-TEM a escala atómica de Cd-CdCl2 Los CSNP maduran en solución.

En uno de los experimentos principales, un video LC-TEM muestra un pequeño disco Cd-CdCl.2 Las nanopartículas de núcleo y cubierta se combinan con grandes Cd-CdCl2 CSNP para formar Cd-CdCl más grandes2 CSNP. Sin embargo, la dirección del crecimiento no estuvo dirigida por la diferencia de tamaño sino por un defecto de grieta en la cubierta CSNP inicialmente más grande. «El resultado fue muy inesperado, pero estamos muy satisfechos con los resultados», dijo Qiubo Zhang, primer autor e investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencia de los Materiales.

Los investigadores dicen que su trabajo es el video LC-TEM de mayor resolución jamás grabado. Progreso – Mira cómo Nanopartículas Maduración en solución en tiempo real: habilitado por una «célula de líquido» ultradelgada hecha a medida que asegura una pequeña cantidad de líquido entre dos membranas de carbono en una malla de cobre. Los investigadores observaron la muestra líquida a través de ThemIS, un microscopio electrónico de fundición capaz de registrar cambios atómicos en líquidos a 40-400 fotogramas por segundo. El entorno de alto vacío del microscopio mantiene la integridad de la muestra líquida.

«Nuestro estudio llena el vacío de las transformaciones de nanomateriales que la teoría convencional no puede predecir». dijo Zheng, quien fue pionero en LC-TEM en Berkeley Lab en 2009 y es un experto líder en el campo. «Espero que nuestro trabajo inspire a otros a pensar en nuevas reglas para diseñar nanomateriales funcionales para nuevas aplicaciones».


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más información:
Qiubo Zhang et al, Maduración mediada por defectos de nanoestructuras de la corteza central, Conexiones con la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-29847-8

La frase¿Cómo crecen las nanopartículas? Película a escala atómica anula teoría de 100 años (26 de julio de 2022) Consultado el 26 de julio de 2022 en https://phys.org/news/2022-07-nanoparticles-atomic-scale-movie-upends-year-old . lenguaje de programación

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