(Phys.org) – I en ny studie utförd vid Center for Nanoscale Materials vid U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory, forskare har för första gången sett självmontering av nanopartikelkedjor på plats, det är, på plats när det sker i realtid.

Forskarna avslöjade en liten flytande "cell" eller påse som innehöll guldnanopartiklar täckta med en positivt laddad beläggning för en intensiv elektronstråle som genererades med ett transmissionselektronmikroskop. Några av elektronerna som trängde in i cellens utsida fastnade i vätskemediet i cellen. Dessa "hydratiserade" elektroner lockade de positivt laddade nanopartiklarna, vilket med tiden minskade laddningsintensiteten hos den positiva beläggningen.

Eftersom de hydratiserade elektronerna minskade beläggningens positiva laddning, nanopartiklarna stötte inte längre bort varandra lika starkt. Istället, deras nyfunna relativa attraktion ledde till att nanopartiklarna "hoppade runt" och så småningom höll sig samman i långa kedjor. Denna självmontering av nanopartikelkedjor hade upptäckts tidigare i olika studier, men denna teknik gjorde det möjligt för forskare, för första gången, att observera fenomenet när det inträffade.

"Nanopartiklars ögonblick-till-ögonblick-beteende är något som ännu inte är helt förstått av forskarvärlden, " sa Argonne nanoforskare Yuzi Liu, studiens huvudförfattare. "Potentialen hos nanopartiklar i alla möjliga olika applikationer och enheter – från små maskiner till skördare av nya energikällor – kräver att vi använder alla våra resurser för att titta på hur de fungerar på de mest grundläggande fysiska nivåerna."

Självmontering är särskilt intressant för forskare eftersom det kan leda till nya material som kan användas för att utveckla nya, energirelevant teknik. "När vi tittar på självmontering, vi vill använda naturen som en språngbräda till konstgjorda material, " sa Argonne nanoforskaren Tijana Rajh, som ledde gruppen som genomförde studien.

Eftersom de undersökta partiklarna var så små - bara några dussin nanometer i diameter - hade ett optiskt mikroskop inte kunnat lösas, eller se, enskilda nanopartiklar. Genom att använda vätskecellen i transmissionselektronmikroskopet vid Center for Nanoscale Materials, Liu och hans kollegor kan skapa korta filmer som visar nanopartiklarnas snabba rörelse när deras beläggningar kom i kontakt med de hydrerade elektronerna.

Studien, med titeln In situ visualisering av självmontering av laddade guldnanopartiklar, publicerades online i Journal of the American Chemical Society .