Ny forskning ger insikt i strukturen hos kiselnanokristaller, ett ämne som lovar att ge effektiva litiumjonbatterier som driver din telefon till medicinsk bildbehandling på nanoskala.

Forskningen utfördes av ett team av University of Alberta kemister, leds av två Ph.D. studenter vid Institutionen för kemi, Alyx Thiessen och Michelle Ha.

"Nanokristaller av kisel är viktiga komponenter för mycket modern teknik, inklusive litiumjonbatterier, " sa, Thiessen, som studerar med professor Jonathan Veinot. "Ju mer vi vet om deras struktur, desto mer kommer vi att förstå hur de fungerar och hur de kan användas för olika applikationer."

I två nyligen publicerade tidningar, forskargruppen karakteriserade strukturen av kiselnanokristaller snabbare och mer exakt än någonsin tidigare, med hjälp av en banbrytande teknik som kallas dynamisk kärnpolarisering (DNP).

"Med hjälp av DNP-tekniken, vi kunde visa att större nanokristaller av kisel har en skiktad struktur som är oordnad på ytan, med en kristallin kärna som är åtskild av ett mellanskikt, " förklarade Ha, som studerar under ledning av adjunkt Vladimir Michaelis. "Detta är första gången detta har dokumenterats i kisel nanokristaller."

Kiselnanokristaller har förökat sig genom den vetenskapliga forskningsvärlden. Från applikationer för att utveckla batterier med ultrahög kapacitet till nästa generations medicinsk bildbehandling på cellnivå, deras potential är till synes oändlig.

"Att förstå strukturen av kisel nanokristaller är mycket användbart, " förklarade Thiessen. "Genom att noggrant undersöka strukturen, vi bygger vår förståelse för egenskaperna hos kristallerna, som i sin tur kan användas för att optimera deras funktion."

"Och detta kommer att tillåta oss att skräddarsy kiselnanokristallerna till vilken applikation eller område vi än vill, " tillade Ha. "Denna forskning kan påverka många olika forskningsområden, inklusive utveckling av mer exakt medicinsk bildteknik till nya, effektivare batterier. Dessa nanokristaller av kisel är extremt mångsidiga."

Både Thiessen och Ha är studenter i Alberta/Technical University of Munich International Graduate School for Hybrid Functional Materials (ATUMS)-programmet, som tillåter dem att uppleva en internationell tvärvetenskaplig forskningsmiljö och utföra aspekter av sin forskning i München, Tyskland.

Den första tidningen, "Kiselnanopartiklar:är de kristallina från kärnan till ytan?" leddes av Thiessen och publicerades i Materialkemi (DOI:10.1021/acs.chemmater.8b03074). Den andra tidningen, "Endogenous dynamic nuclear polarization NMR of hydride-terminated silicon nanopartiklar" leddes av Ha och publicerades i Kärnmagnetisk resonans i fast tillstånd (DOI:10.1016/j.ssnmr.2019.04.001).