(Phys.org) —Las cámaras subacuáticas de los científicos recibieron un impulso este verano del Centro de Microscopía Electrónica del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Junto con colegas de la Universidad de Manchester, Los investigadores capturaron las primeras imágenes en tiempo real del mundo y el análisis químico simultáneo de nanoestructuras mientras estaban "bajo el agua, "o en solución.

"Esta técnica permitirá a los químicos y científicos de materiales explorar etapas nunca antes medidas de procesos químicos a nanoescala en materiales, "dijo el científico de materiales de Argonne Nestor Zaluzec, uno de los autores del artículo. Comprender cómo crecen los materiales a nivel de nanoescala ayuda a los científicos a adaptarlos para todo, desde baterías hasta células solares.

Los microscopios electrónicos son una herramienta preciada en la caja de herramientas de un científico porque pueden ver estructuras mucho más pequeñas que los microscopios de luz o rayos X normales. Usan electrones, que son cientos de veces más pequeñas que las longitudes de onda de la luz, para mapear el paisaje hasta las moléculas e incluso los átomos.

"Hemos estado tomando imágenes atómicas y a nanoescala durante décadas, pero generalmente se hace con la muestra al vacío, ", Dijo Zaluzec. Cuando se buscan átomos y moléculas, cualquier molécula extra, incluso los que están en el aire, puede nublar la imagen.

Pero los objetos o procesos más interesantes de la Tierra generalmente no se encuentran en el vacío, por lo que los científicos también han estado presionando desde el principio para obtener análisis e imágenes de materiales mientras se encuentran en entornos más naturales.

Durante la ultima decada, Los desarrollos permitieron a los científicos tomar imágenes de materiales en solución, pero obtener análisis químicos al mismo tiempo seguía siendo inaccesible. Imagínese lo útil que sería para los entrenadores poder ver a un jugador de béisbol lanzar con visión simultánea de rayos X y resonancia magnética para ver cómo sus músculos y huesos se deforman bajo estrés. o para que los cocineros puedan ver cómo las claras de huevo interactúan con el polvo de hornear en el pastel mientras se hornea en el horno.

"Lo que necesitamos hoy es poder interrogar completamente un material, no solo ver cómo se ve, sino también medir sus estados electrónicos y químicos e incluso sus propiedades físicas, todo en tiempo real y con la máxima resolución, todo bajo condiciones ambientales, ", Dijo Zaluzec." Todo esto nos ayuda a comprender por qué los materiales se comportan de la manera en que lo hacen, y ultimamente, para mejorar sus propiedades ".

Zaluzec y sus colaboradores reelaboraron la puesta en escena del microscopio electrónico de transmisión para que los detectores especializados pudieran observar la muestra con más claridad. Con esta innovación, el equipo finalmente pudo obtener imágenes y mapas químicos simultáneos de dónde se encuentran los diferentes elementos en la muestra. Esto permite a los científicos observar cómo las nanoestructuras crecen y cambian con el tiempo durante las reacciones químicas.

El equipo ahora está trabajando con el fabricante Protochips Inc. para poner esta capacidad a disposición de la comunidad científica.

El científico de Argonne Dean Miller ya está mirando hacia el futuro para incorporar esta capacidad en el próximo desafío:poder tomar medidas con un voltaje eléctrico a través de la muestra en líquidos. Esto replica las condiciones bajo las cuales, por ejemplo, funcionará la próxima generación de baterías.

"Diseñar nuevos materiales para abordar los problemas sociales de hoy es una agenda compleja y exigente, ", Dijo Zaluzec." Parte de nuestro trabajo en el Centro de Microscopía Electrónica Argonne es anticipar la próxima ola de preguntas y problemas científicos y encontrar formas de estudiarlos. Para hacer frente a este desafío, estamos desarrollando herramientas científicas para abordar los desafíos de hoy y de mañana en una variedad de áreas ".

El estudio, "Imágenes en tiempo real y análisis elemental local de nanoestructuras en líquidos, "fue publicado en la revista Comunicaciones químicas con investigadores de la Universidad de Manchester y BP.