(Phys.org) —Forskares undervattenskameror fick ett lyft i somras från Electron Microscopy Center vid US Department of Energy's Argonne National Laboratory. Tillsammans med kollegor vid University of Manchester, forskare fångade världens första realtidsbilder och samtidig kemisk analys av nanostrukturer medan "under vattnet, "eller i lösning.

"Denna teknik gör det möjligt för kemister och materialforskare att utforska aldrig tidigare uppmätta stadier av kemiska processer i nanoskala i material, "sade Argonne materialvetare Nestor Zaluzec, en av tidningens författare. Att förstå hur material växer på nanoskala hjälper forskare att skräddarsy dem för allt från batterier till solceller.

Elektronmikroskop är ett uppskattat verktyg i en forskares verktygslåda eftersom de kan se mycket mindre strukturer än vanligt ljus- eller röntgenmikroskop. De använder elektroner, som är hundratals gånger mindre än ljusets våglängder, att kartlägga landskapet ända ner till molekyler och till och med atomer.

"Vi har tagit bilder på atom och nanoskala i decennier, men det görs vanligtvis med provet i ett vakuum, "Sade Zaluzec. När du letar efter atomer och molekyler, eventuella extra molekyler, även de i luften, kan grumla bilden.

Men de mest intressanta föremålen eller processerna på jorden finns i allmänhet inte i ett vakuum, så forskare har också drivit från början för att få analys och bilder av material medan de befinner sig i mer naturliga miljöer.

Under det senaste decenniet har utvecklingen gjorde det möjligt för forskare att ta bilder av material i lösning, men att få kemisk analys samtidigt förblev otillgänglig. Tänk hur hjälpsamt det skulle vara för tränare att kunna se en basebollspelare med samtidig röntgen- och MR-syn för att se hur deras muskler och ben deformeras under stress, eller för kockar för att kunna se hur äggvitorna interagerar med bakpulver i kakan när den bakar i ugnen.

"Det vi behöver idag är att kunna förhöra ett material fullt ut - inte bara se hur det ser ut, men också mäta dess elektroniska och kemiska tillstånd och till och med fysiska egenskaper, allt i realtid och med högsta upplösning, allt under miljöförhållanden, "Zaluzec sa." Allt detta hjälper oss att förstå varför material beter sig som de gör, och slutligen, för att förbättra deras egenskaper. "

Zaluzec och hans medarbetare omarbetade iscensättningen av transmissionselektronmikroskopet så att de specialiserade detektorerna kunde ta en klarare titt på provet. Med denna innovation, laget kunde äntligen få bilder såväl som samtidiga kemiska kartor över var olika element finns i provet. Detta låter forskare se när nanostrukturer växer och förändras med tiden under kemiska reaktioner.

Teamet arbetar nu med tillverkaren Protochips Inc. för att göra denna förmåga tillgänglig för det vetenskapliga samfundet.

Argonne -forskaren Dean Miller ser redan framåt för att införliva denna förmåga i nästa utmaning:att kunna mäta med en elektrisk spänning över provet i vätskor. Detta replikerar villkoren för, till exempel, nästa generation batterier kommer att fungera.

"Att konstruera nya material för att hantera dagens samhällsproblem är en komplex och krävande agenda, "Zaluzec sa." En del av vårt jobb på Argonne Electron Microscopy Center är att förutse nästa våg av vetenskapliga frågor och problem och räkna ut sätt att studera dem. För att möta denna utmaning utvecklar vi vetenskapliga verktyg för att hantera både dagens och morgondagens utmaningar inom en rad områden. "

Studien, "Imaging i realtid och lokal elementär analys av nanostrukturer i vätskor, "publicerades i tidningen Kemisk kommunikation med forskare från University of Manchester och BP.