El profesor Oh-Hoon Kwon y su equipo de investigación en el Departamento de Química de la UNIST han desarrollado un método para medir la temperatura de muestras de tamaño nanométrico dentro de un microscopio electrónico de transmisión (TEM).
Esta innovadora tecnología, que utiliza nanotermómetros basados en espectroscopia de catodoluminiscencia (CL), abre nuevas posibilidades para analizar las propiedades termodinámicas de muestras finas y avanzar en el desarrollo de materiales de alta tecnología.
El microscopio electrónico de transmisión permite a los investigadores observar muestras con un aumento de cientos de miles de veces transmitiendo un haz de electrones de longitud de onda corta a través de la muestra. Al detectar la luz emitida por la muestra mediante espectroscopia de emisión de rayos catódicos, los investigadores pueden analizar con precisión las propiedades físicas y ópticas de la muestra a escalas nanométricas.
Los nanotermómetros recientemente desarrollados se basan en la variación de intensidad dependiente de la temperatura de una banda específica de emisión de rayos catódicos de iones de europio (Eu 3+ ). Sintetizando nanopartículas dopadas con iones de europio dentro de óxido de gadolinio (Gd2 O 3 ), el equipo de investigación aseguró que el daño del haz de electrones fuera mínimo, lo que permitió realizar experimentos a largo plazo.
Mediante análisis dinámico, el equipo confirmó que la relación de intensidad de la banda emisora de luz de los iones de europio es un indicador fiable de la temperatura, con un impresionante error de medición de aproximadamente 4 ℃ utilizando partículas de nanotermómetro que miden aproximadamente 100 nanómetros de tamaño. Este método ofrece más del doble de precisión que las técnicas convencionales de medición de temperatura TEM y mejora significativamente la resolución espacial.
Además, el equipo demostró la aplicabilidad de los nanotermómetros induciendo cambios de temperatura con un láser dentro del TEM y midiendo simultáneamente las variaciones estructurales y de temperatura en tiempo real. Esta capacidad permite el análisis de propiedades termodinámicas a nivel nanométrico en respuesta a estímulos externos sin interferir con los procedimientos de análisis TEM estándar.
Won-Woo Park, el primer autor del estudio, enfatizó la naturaleza no invasiva del proceso de medición de la temperatura, destacando que la interacción entre el haz de electrones de transmisión y las partículas del nanotermómetro permite la detección de la temperatura en tiempo real sin alterar las imágenes TEM.
Señaló:"La gran ventaja del nanómetro desarrollado es que el proceso de medición de la temperatura no interfiere con el análisis del microscopio electrónico de transmisión existente. Dado que la temperatura se mide usando luz, un subproducto generado por la interacción entre el haz de electrones de transmisión y el partícula nanométrica, es posible medir la imagen del microscopio electrónico de transmisión y detectar la temperatura en tiempo real."
El profesor Kwon subrayó la importancia de esta investigación y afirmó que "los indicadores de medición de temperatura desarrollados, cuando se combinan con técnicas de imágenes en tiempo real, facilitan la observación de los cambios de temperatura locales en respuesta a estímulos externos. Este avance está preparado para contribuir significativamente al desarrollo de materiales de alta tecnología como baterías secundarias y pantallas."
El trabajo está publicado en la revista ACS Nano .
Más información: Won-Woo Park et al, Termometría de catodoluminiscencia a nanoescala con un óxido de metal pesado dopado con lantánidos en microscopía electrónica de transmisión, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c10020
Información de la revista: ACS Nano
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
