(PhysOrg.com) -- För första gången har forskare kunnat se nanopartiklar växa från de tidigaste stadierna av deras bildning. Nanopartiklar är grunden för nanoteknik och deras prestanda beror på deras struktur, sammansättning, och storlek. Forskare kommer nu att kunna utveckla sätt att kontrollera förhållanden under vilka de odlas. Genombrottet kommer att påverka ett brett spektrum av applikationer inklusive solcellsteknik och kemiska och biologiska sensorer. Forskningen är publicerad i Nanobokstäver .

Som medförfattare Wenge Yang från Carnegie Institution's Geophysical Laboratory förklarade:"Det har varit mycket svårt att se dessa små partiklar födas och växa tidigare eftersom traditionella tekniker kräver att provet är i ett vakuum och många nanopartiklar odlas i en metallledande vätska. Så vi har inte kunnat se hur olika förhållanden påverkar partiklarna, mycket mindre förstå hur vi kan justera förutsättningarna för att få en önskad effekt."

Dessa forskare arbetar vid Center for Nanoscale Materials and the Advanced Photon Source (APS) – båda drivs av Argonne National Laboratory – och High Pressure Synergetic Consortium (HPSynC), ett program som drivs gemensamt av Geophysical Laboratory och Argonne. Forskarna använde högenergiröntgenstrålar från APS för att utföra diffraktionsstudier som gjorde det möjligt för dem att få information om materialens kristallstruktur. Tack vare den mycket lysande och höga penetrationen av denna röntgenkälla – den största i sitt slag i USA – kunde forskarna se kristallerna växa från början av deras liv. Atomerna sprider röntgenstrålar med mycket korta våglängder och det resulterande diffraktionsmönstret avslöjar strukturen hos dessa ovanliga partiklar. Ganska ofta sker den kemiska reaktionen på mycket kort tid och utvecklas sedan. Forskarna använde mycket fokuserade högenergiröntgenstrålar och en snabb områdesdetektor, nyckelkomponenterna för att göra denna utredning möjlig. Detta är den första tidsupplösta studien av utvecklingen av nanopartiklar från det att de föds.

HPsynC, är också en del av Energy Frontier for Research in Extreme Environments (EFree) Center, ett Energy Frontier Research Center som stöds av Carnegie av DOE-BES. Ett av uppdragen för detta center är att utnyttja nya synkrotronstrålningstekniker för in situ-studier av materialstruktur och dynamik under extrema förhållanden och därigenom förstå och producera nya energimaterial.

"Denna studie visar löftet om nya tekniker för att undersöka kristalltillväxt i realtid. Vårt slutmål är att använda dessa nya metoder för att spåra kemiska reaktioner när de inträffar under en mängd olika förhållanden, inklusive varierande tryck och temperaturer, och att använda den kunskapen för att designa och tillverka nya material för energitillämpningar. Detta är ett viktigt inriktningsområde i HPSynC-programmet som vi har lanserat i samarbete med Argonne National Laboratory, " anmärkte Russell Hemley, direktören för geofysiska laboratoriet.