En expert på nanomaterial från Swansea University har tittat på hur små guldpartiklar överlever när de utsätts för mycket höga temperaturer.

Forskningen är viktig för ingenjörssektorn för några potentiella tillämpningar av nanoteknik, till exempel inom katalys och flyg, där partiklar med endast nanometer dimensioner utsätts för mycket höga temperaturer.

Resultaten av studien, som var ett trevägssamarbete mellan Birmingham, Swansea och Genua University, publicerades i veckan i tidningen Naturkommunikation . Studien visade att guldnanopartiklar med exakt vald storlek (561 atomer ± 14) är anmärkningsvärt robusta mot diffusion och aggregering men deras inre atomarrangemang ändras.

Forskarna använde en ultrastabil, variabelt temperatursteg i ett aberrationskorrigerat skanningsöverföringselektronmikroskop för att utsätta en uppsättning storvalda guldnanopartiklar (eller kluster) för temperaturer så höga som 500 ° C medan de avbildas med atomupplösning. Partiklarna avsattes från en nanopartikelkälla på tunna filmer av kiselnitrid eller kol.

De två alternativa arkitekturerna av guldnanoklusterna som innehåller 561 atomer

Experimenten visade att bindning av guldnanopartiklarna till ytan, vid defekter, visat sig tillräckligt stark för att fixa dem, även överst i temperaturområdet. Men atomstrukturerna i klustren fluktuerade under värmebehandlingen, växla fram och tillbaka mellan två huvudatomkonfigurationer ("isomerer"):dessa var en ansiktscentrerad kubisk struktur, liknar en liten bit bulkguld, och ett decahedral arrangemang med en symmetri förbjuden i en utsträckt kristall. Forskarna kunde till och med mäta den lilla skillnaden i energi (endast 40 meV) mellan dessa två olika atomarkitekturer.

Professor Richard Palmer, chef för Nanomaterials Lab i Swansea University's College of Engineering, kommenterade:"Dessa avancerade experiment har gjort det möjligt för oss att göra en ny mätning för nanopartiklar som deponerats på en yta - skillnaden i energi mellan två konkurrerande atomarrangemang. Det är något som människor som använder datorer för att beräkna egenskaperna hos nanomaterial är särskilt glada över, en slags referenspunkt om du vill. Och bilderna visar att våra små nanopartiklar verkligen är tuffa varelser, vilket lovar ganska bra för deras tillämpningar i framtida industriell tillverkning. "

Swansea Labs forskning är inriktad på att skala upp produktionen av sådana nanopartiklar med 10 miljoner gånger till gramnivån, och vidare. Som prof Palmer säger:"Vi behöver mycket små saker i mycket stora mängder för att förverkliga nanoteknologins sanna potential".