Metallatomer i nanopartiklar kan dyka upp på ytan när nanopartiklarna är belagda med en annan metall. Kredit:Nobutomo Nakamura et al.
Nanopartiklar är viktiga inom många discipliner eftersom deras höga yta jämfört med volymen ger dem intressanta egenskaper. Fortsatt utveckling av analysmetoder för nanopartiklar är därför avgörande. Forskare från Osaka University har rapporterat ett sätt att karakterisera bildandet av en viss typ av metallnanopartiklar i realtid. Deras resultat publiceras i Physical Review B .
Kärna-skal nanopartiklar utgör en typ av material inkapslad i en annan och erbjuder egenskaper som inte är tillgängliga med bara ett material.
När materialen är metaller, och den ena är avsatt ovanpå den andra, betyder vissa egenskaper hos metallerna - till exempel atomstorleken och ytenergin - att de bör organiseras med en viss metall som skal. Men i praktiken blir resultatet inte alltid vad som förväntas och kan förändras beroende på experimentförfarandet.
Metoder för att analysera kärna-skal nanomaterial tillämpas i allmänhet efter syntes, vilket ger liten insikt i vad som händer under bildningsprocessen. Forskarna utvecklade därför en teknik som gjorde det möjligt för dem att följa metallavsättningen och omstruktureringen i realtid vid rumstemperatur.
"Vår teknik är baserad på idén att om metallen med högre ytenergi bildar skalet, vill partikelns yta minimera så att den drar åt sfären", förklarar första författaren Nobutomo Nakamura. "Men om det förekommer interdiffusion av metallerna är strukturen hos kärn-skal-partiklarna mer spridd. Vi spårade därför skillnaden i partikelform med hjälp av en piezoelektrisk resonator."
När Au nanopartiklar är belagda med Pd, diffunderar Au-atomerna till partiklarnas yta. Kredit:Nobutomo Nakamura et al.
Formförändringarna följdes av att nanopartiklar odlades mycket nära varandra på ett substrat och sedan övervakades avståndet mellan partiklarna genom resistensen.
Om det elektriska fältet som exciteras av resonatorn fick elektroner att röra sig mellan partiklar som var åtskilda, då var motståndet högt eftersom flödet avbröts av mellanrummen. Men om partiklarna spreds och berördes och bildade en kontinuerlig bana, minskade motståndet. Denna information användes sedan för att tolka vad som hände inuti partiklarna.
Systemet användes för att undersöka tre olika kombinationer av två metaller, avsatta i båda ordningarna. Det visade sig att avsättningarna kunde följas i realtid och deponering av guld följt av palladium ledde särskilt till interdiffusion, vilket bildade kärna-skal-partiklar med en struktur motsatt avsättningsordningen.
Intern struktur av Pd/Au nanopartikel erhållen genom simulering av molekylär dynamik. Kredit:Nobutomo Nakamura et al.
"Vår teknik erbjuder möjligheten att finjustera beredningen av bimetalliska kärna-skal nanopartiklar", säger docent Nakamura. "Denna kontroll förväntas leda till skräddarsydd design av nanomaterial för applikationer som väteavkänning och hållbar bearbetning."
Artikeln, "Restructuring in bimetallic core–shell nanopartikels:Realtime observation," publicerades i Physical Review B . + Utforska vidare
