Forskare som arbetar vid University of Manchester har visat nya möjligheter att observera nanomaterial i vätskor genom att skapa en "petriskål" av grafen.

Nya tvådimensionella nanomaterial har potential att förbättra effektiviteten, minska kostnaderna och ge förbättrad prestanda i ett brett spektrum av applikationer inklusive; bättre design av nanomaterial för batterier eller förstå nedbrytning av batterimaterial för att förbättra deras prestanda.

De unika egenskaperna som uppvisas av 2-D-material kan också leda till funktionella och antibakteriella beläggningar, bioanalys, och riktad läkemedelsleverans. Dock, svårigheten att kontrollera tillväxt och nedbrytning i atomskala är för närvarande ett hinder för att till fullo utnyttja potentialen hos dessa spännande material.

Skanning / överföringselektronmikroskopi (S / TEM) är en av få tekniker som möjliggör avbildning och analys av enskilda atomer. Dock, S/TEM -instrumentet kräver ett högt vakuum för att skydda elektronkällan och för att förhindra att elektron sprids från molekylära interaktioner.

Flera högprofilerade studier har tidigare avslöjat att strukturen hos funktionella material vid rumstemperatur i ett vakuum kan avsevärt skilja sig från den i deras normala flytande miljö. Det här kan vara som att försöka studera strukturen hos en uttorkad katrinplommon för att förstå strukturen hos den ursprungliga plommonen.

Publicerar i Nano bokstäver , en forskargrupp ledd av Dr Sarah Haigh och Dr Roman Gorbachev vid National Graphene Institute och School of Materials vid University of Manchester har visat att grafen och bornitrid kan kombineras för att skapa en perfekt nanopetriskål. Vätskeprover inuti skålen kan avbildas med enkelatomkänslighet och det är också möjligt att mäta deras elementära sammansättning på nanometerlängdskala.

Dessa konstruerade grafenvätskeceller (EGLC) är byggda av 2-D materialbyggande block:De består av en bornitrid (BN) distansborrning borrad med hål (där vätskan finns) och inkapslad med grafen på båda sidor.

Grafen är det ultimata fönstermaterialet - tillräckligt starkt för att skydda provet från en högvakuummiljö, men samtidigt tillräckligt tunn för att elektronstrålens upplösning inte äventyras. Huvudförfattaren Daniel Kelly sa:"Till skillnad från vissa tidigare konstruktioner gör våra grafenvätskeceller att vi kan avbilda atomerna i många minuter. Vi kunde till och med lösa enskilda atomer i vatten och observera dem dansa under elektronstrålen."

Forskarna visade också att dessa nya grafenvätskeceller möjliggör en förbättring av storleksordningen i kvaliteten på elementanalys i flytande celler. De studerade avsättningen av ett 1 nm järnskal på guld för att odla kärnskal-nanopartiklar. Denna nya förmåga att övervaka små koncentrationer över så små längdskalor är en nödvändighet för de allt mer komplexa kemiska strukturerna hos högpresterande nanokatalysatorer.

Mingwei Zhou, eleven som gör dessa celler, sade:"Vi börjar förstå hur vi gör dessa mer och mer pålitligt, detta gör 2-D petriskålen till en lovande väg till vidare in situ TEM-framsteg, inklusive avbildning av små biologiska strukturer som proteiner. "