Estas nanoplacas de plata están decoradas con nanopartículas de oxi sal de plata a lo largo de los bordes. Estas nanoestructuras se cultivaron bajo la irradiación de rayos X de alta energía, lo que permitió a los científicos "verlos" crecer en tiempo real. La imagen es de un microscopio electrónico de barrido.
Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Institución Carnegie de Washington ha logrado "observar" el crecimiento de las nanopartículas en tiempo real.
La técnica revolucionaria permite a los investigadores aprender sobre las primeras etapas de la generación de nanopartículas, durante mucho tiempo un misterio debido a métodos de sondeo inadecuados, y podría conducir a un mejor rendimiento de los nanomateriales en aplicaciones que incluyen células solares, detección y más.
"El crecimiento de nanocristales es la base de la nanotecnología, "dijo el investigador principal Yugang Sun, un químico de Argonne. "Comprenderlo permitirá a los científicos adaptar con mayor precisión nuevas y fascinantes propiedades de nanopartículas".
El aspecto y el comportamiento de las nanopartículas depende de su arquitectura:tamaño, forma, textura y química superficial. Esta, Sucesivamente, depende mucho de las condiciones en las que se cultivan.
"Controlar con precisión las nanopartículas es muy difícil, "Sun explicó." Es incluso más difícil reproducir las mismas nanopartículas de un lote a otro, porque todavía no conocemos todas las condiciones de la receta. Temperatura, presión, humedad, impurezas:todas afectan el crecimiento, y seguimos descubriendo más factores ".
Para comprender cómo crecen las nanopartículas, los científicos necesitaban observarlos en el acto. El problema era que la microscopía electrónica, el método habitual para ver el nivel atómico de las nanopartículas, requiere una aspiradora. Pero muchos tipos de nanocristales tienen que crecer en un medio líquido, y el vacío en un microscopio electrónico lo hace imposible. Una celda delgada especial permite analizar una pequeña cantidad de líquido en un microscopio electrónico, pero aún limitaba a los investigadores a una capa líquida de solo 100 nanómetros de espesor, que es significativamente diferente de las condiciones reales para la síntesis de nanopartículas.
Para resolver este acertijo, Sun descubrió que necesitaba usar los rayos X de muy alta energía proporcionados en el Sector 1 de la Fuente de Fotones Avanzados (APS) de Argonne, que linda con el Centro de Materiales a Nanoescala del laboratorio, donde él trabaja. El patrón de rayos X dispersos por la muestra permitió a los investigadores reconstruir las primeras etapas de los nanocristales segundo a segundo.
"Esta técnica proporciona un tesoro de información, especialmente en las etapas de nucleación y crecimiento de los cristales, que nunca antes habíamos podido conseguir, "dijo Sun.
La intensidad de los rayos X afecta el crecimiento de los nanocristales, Sun dijo, pero los efectos solo se volvieron significativos después de un tiempo de reacción especialmente largo. "Obtener una imagen clara del proceso de crecimiento nos permitirá controlar las muestras para obtener mejores resultados, y eventualmente, nuevos nanomateriales que tendrán una amplia gama de aplicaciones, ”Sun explicó.
Los nanomateriales podrían usarse en células solares fotovoltaicas, sensores químicos y biológicos e incluso imágenes. Por ejemplo, las nanoplacas de metales nobles pueden absorber la luz infrarroja cercana, por lo que se pueden utilizar para mejorar el contraste en las imágenes. En un posible caso, una inyección de nanopartículas especialmente diseñadas cerca del sitio del tumor de un paciente con cáncer podría aumentar el contraste de imágenes entre las células normales y cancerosas para que los médicos puedan mapear con precisión el tumor.
"La clave de este avance fue la capacidad única de trabajar con científicos de Advanced Photon Source, el Centro de Materiales a Nanoescala y el Centro de Microscopía Electrónica, todo en un solo lugar, "Dijo Sun.
