Forskare vid Chalmers Tekniska Högskola och Danmarks Tekniske Universitet har utvecklat en metod som gör det möjligt att kartlägga nanopartiklars individuella reaktioner i olika situationer och sammanhang. Resultaten banar väg för bättre nanomaterial och säkrare nanoteknik och publicerades nyligen i tidskriften Naturkommunikation .

I framtiden kommer nästan all ny teknik att baseras på nanoteknik i någon form. Men nanopartiklar är temperamentsfulla personligheter. Även när de ser likadana ut på avstånd, de är envist individuella när du zoomar in på varje enskild.

Svetlana Alekseeva och Christoph Langhammer vid Chalmers tekniska högskola i Sverige, tillsammans med forskare vid Danmarks Tekniske Universitet, har upptäckt varför olika polykristallina nanopartiklar beter sig så distinkt när de kommer i kontakt med väte. Denna kunskap är nödvändig för att utveckla bättre vätedetektorer, som förväntas spela en viktig roll för vätgasbilarnas säkerhet.

"Våra experiment visade tydligt hur reaktionen med väte beror på detaljerna i det sätt på vilket nanopartiklarna är konstruerade. Det var överraskande att se hur starkt sambandet var mellan egenskaper och respons - och hur väl det gick att förutsäga teoretiskt, det var förvånande att se hur starkt sambandet var mellan egenskaper och respons. " säger Svetlana Alekseeva, en postdoc vid institutionen för fysik vid Chalmers tekniska högskola.

En nanopartikel av ett visst material består av ett antal mindre korn eller kristaller. Antalet korn och hur de är ordnade är därför avgörande för att avgöra hur partikeln reagerar i en viss situation eller med ett visst ämne.

Alekseeva och hennes medarbetare har producerat kartor - faktiskt virtuella porträtt - över individuella palladiumnanopartiklar. Bilderna visar kornen som ett antal fält som kombineras till en karta. Vissa partiklar består av ett stort antal korn, andra har färre spannmål, och fälten gränsar mot varandra på olika sätt.

Denna nya metod för att karakterisera nanopartiklar är baserad på en kombination av elektronmikroskopi och optisk mikroskopi. Samma individer undersöks med båda metoderna och det är möjligt att följa deras reaktion när de stöter på andra ämnen. Detta gör det därför möjligt att kartlägga nanopartiklars grundläggande materialegenskaper på individnivå, och se hur dessa korrelerar med partiklarnas respons när de interagerar med sin omgivning.

Som ett resultat öppnas ett nästan oändligt utbud av möjligheter för vidare forskning och för utveckling av produkter och nanomaterial som är både tekniskt optimerade och säkrare ur ett miljö- och hälsoperspektiv.

De nanopartiklar som har undersökts fungerar också som sensorer i sig själva. När de är upplysta, de avslöjar hur de reagerar med andra ämnen, såsom olika gaser eller vätskor. Langhammers forskargrupp arbetar för närvarande med flera projekt inom detta område, inklusive några relaterade till vätedetektering.

Men kunskap om nanopartiklar behövs inom en rad olika områden i samhället. Dessa inkluderar, till exempel, i nya elektroniska enheter, batterier, bränsleceller, katalysatorer, textilier och inom kemiteknik och bioteknik. Det är fortfarande mycket vi inte vet om hur dessa små partiklar fungerar eller kommer att påverka oss och miljön på lång sikt.

"Nanotekniken utvecklas snabbt i världen, men hittills går forskningen om nanosäkerhet inte i samma takt. Vi måste därför få ett mycket bättre grepp om riskerna och vad som skiljer en farlig nanopartikel från en icke-farlig, " säger Christoph Langhammer, docent vid institutionen för fysik, på Chalmers.

"Vårt arbete visar att allt inte är som det verkar - det är detaljerna som är avgörande. För att förstå om och varför nanopartiklar är farliga för människor, djur eller natur, vi måste också titta på dem individuellt. Vår nya metod tillåter oss nu att göra detta."