¿Quiere saber cómo diseñar y construir materiales átomo por átomo? Una nueva microscopía electrónica de fase líquida avanzará el control total de la nanoingeniería. Mucho más que eso, dirán los nanotecnólogos, en un nuevo estudio publicado en la revista ciencia . Si un material cataliza reacciones químicas o impide cualquier respuesta molecular se trata de cómo están dispuestos sus átomos. El objetivo final de la nanotecnología se centra en la capacidad de diseñar y construir materiales átomo por átomo, lo que permite a los científicos controlar sus propiedades enSin embargo, las técnicas de imagen atómica no han sido suficientes para determinar las disposiciones atómicas tridimensionales precisas de los materiales en solución líquida, lo que les diría a los científicos cómo se comportan los materiales en la vida cotidiana, como en el agua o el plasma sanguíneo.
Investigadores del Centro de Investigación de Nanopartículas del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur, en colaboración con el Dr. Hans Elmlund del Instituto de Descubrimiento de Biomedicina de la Universidad de Monash en Australia y el Dr. Peter Ercius en la Fundición Molecular del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley enEE. UU. ha informado sobre una nueva metodología analítica que puede resolver la estructura 3D de nanopartículas individuales con resolución de nivel atómico. Las posiciones atómicas 3D de las nanopartículas individuales se pueden extraer con una precisión de 0.02 nm, seis veces más pequeña que el átomo más pequeño:hidrógeno. En otras palabras, este método de alta resolución detecta átomos individuales y cómo se organizan dentro de una nanopartícula.
Los investigadores llaman a su desarrollo 3D SINGLE Identificación de estructuras de nanopartículas por microscopía electrónica de células líquidas de grafeno y utilizan algoritmos matemáticos para derivar estructuras 3D a partir de un conjunto de datos de imágenes 2D adquiridos por uno de los microscopios más potentes de la Tierra. Primero, unla solución de nanocristales se intercala entre dos láminas de grafeno, cada una de las cuales tiene un solo átomo de grosor ". Si una pecera estuviera hecha de un material grueso, sería difícil ver a través de ella. Dado que el grafeno es el material más delgado y resistente en elmundo, creamos bolsas de grafeno que permiten que el haz de electrones del microscopio brille a través del material y al mismo tiempo sella la muestra líquida ", explica PARK Jungwon, uno de los autores correspondientes del estudio profesor asistente de la Facultad de Ingeniería Química y Biológicaen la Universidad Nacional de Seúl.
Los investigadores obtienen películas a 400 imágenes por segundo de cada nanopartícula que gira libremente en líquido usando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución TEM. El equipo luego aplica su metodología de reconstrucción para combinar las imágenes 2D en un mapa 3D que muestra la disposición atómicaLa localización de la posición precisa de cada átomo les dice a los investigadores cómo se creó la nanopartícula y cómo interactuará en las reacciones químicas.
El estudio definió las estructuras atómicas de ocho nanopartículas de platino: el platino es el más valioso de los metales preciosos, utilizado en una serie de aplicaciones, como materiales catalíticos para el almacenamiento de energía en celdas de combustible y refinamiento de petróleo. A pesar de que todas las partículasse sintetizaron en el mismo lote, mostraron diferencias importantes en sus estructuras atómicas que afectan su rendimiento.
"Ahora es posible determinar experimentalmente las estructuras 3D precisas de nanomateriales que solo se habían especulado teóricamente. La metodología que desarrollamos contribuirá a los campos donde se usan nanomateriales, tales como celdas de combustible, vehículos de hidrógeno y síntesis petroquímica", diceDr. KIM Byung Hyo, el primer autor del estudio. Notablemente, esta metodología puede medir el desplazamiento atómico y la tensión en los átomos de la superficie de nanopartículas individuales. El análisis de la tensión de la reconstrucción 3D facilita la caracterización de los sitios activos de nanocatalizadores en el atómicoescala, que permitirá un diseño basado en la estructura para mejorar las actividades catalíticas. La metodología también puede contribuir de manera más general a la mejora del rendimiento de los nanomateriales.
"Hemos desarrollado una metodología innovadora para determinar las estructuras que rigen las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas a nivel atómico en su entorno nativo. La metodología proporcionará pistas importantes en la síntesis de nanomateriales. El algoritmo que presentamos está relacionado condesarrollo de nuevos fármacos a través del análisis de estructura de proteínas y análisis de big data, por lo que esperamos una mayor aplicación a la nueva investigación de convergencia ", señala el Director HYEON Taeghwan del Centro de Investigación de Nanopartículas del IBS.
Este estudio cuenta con el apoyo conjunto del Instituto de Ciencias Básicas IBS, la Fundación de Ciencia y Tecnología de Samsung SSTF y la Fundición Molecular Oficina del Usuario de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de los EE. UU..
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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