_ Noua metoda de analiza Materiale nanoporoase

Pe lângă componentele lor principale, proprietățile materialelor cristaline și nanoporoase depind adesea în mod crucial de atomii sau ionii invitați care sunt încorporați în porii mici ai structurii lor retice. Acest lucru se aplică materialelor de înaltă tehnologie utilizate în tehnologia senzorilor sau de separare, precum și materialelor naturale. Acvamarinul de piatră prețioasă albăstruie, de exemplu, ar fi incoloră fără astfel de componente invitate.

Determinarea tipului și a poziției componentelor invitate este dificilă, deoarece multe materiale reacționează sensibil la emisiile de radiații de la microscoapele electronice.

Datorită unei noi metode dezvoltate de o echipă condusă de Daniel Knez și Ferdinand Hofer de la Institutul de Microscopie Electronică și Nanoanaliza de la Universitatea de Tehnologie din Graz (TU Graz), acest lucru se poate face acum cu mai puține radiații și, prin urmare, este mult Mai uşor. Cercetătorii și-au publicat descoperirile în jurnalul Communications Materials.

„Unicitatea metodei noastre constă în faptul că putem determina distribuția tridimensională a ionilor în canalele de cristal sau nanopori pe baza unui singur microscop electronic. imagine”, spune Daniel Knez.

Cercetătorii și-au dezvoltat metoda în timp ce analizau piatra prețioasă acvamarină. Până acum, nu se știa exact unde este poziționat în cristal fierul care conferă pietrei culoarea albastră.

O ipoteză a fost că atomii individuali de fier sunt blocați în pori și creează acest efect de acolo. Dar acest lucru a fost infirmat acum. În experimentele lor, cercetătorii au stabilit fără îndoială că nu există fier în pori, ci ionii de cesiu. Atomii de fier care conferă culoare sunt localizați în imediata apropiere a ionilor de cesiu, dar sunt integrați în coloanele rețelei cristaline.

O singură imagine cu rezoluția atomică ca bază

Pentru experimentele lor, cercetătorii au înregistrat o așa-numită imagine cu contrast Z a cristalului acvamarin la rezoluție atomică folosind microscopul ASTEM, un microscop electronic cu transmisie de scanare. Fasciculul de electroni al microscopului ASTEM este focalizat pe suprafața probei de cristal, pătrunzând și în porii materialului. Dacă lovește ionii stocați acolo, aceștia apar ca puncte strălucitoare în imagine.

Pe baza intensității contrastului cu porii goli și a structurilor retice învecinate, cercetătorii pot determina tipul de ioni încorporați și, de asemenea, estimați cât de adânc sunt localizați în pori.

Aceste date au fost analizate statistic și comparate cu un număr mare de simulări ale structurii cristaline pentru a putea estima diferiții factori care influențează semnalul măsurat.

Pe lângă cercetarea de bază, noua metodă este potrivită și pentru dezvoltarea țintită a noilor materiale. „Metoda noastră poate fi folosită pentru a determina cu precizie poziția elementelor de dopaj, adică aditivii de control al funcției vizați, în materiale nanoporoase precum zeoliții sau compușii cadru metalo-organici”, spune Ferdinand Hofer.

Acest lucru facilitează optimizarea catalizatorilor (cu un singur atom) și a electroliților în stare solidă din viitoarele baterii sau dezvoltarea de aplicații biomedicale pentru controlul absorbției medicamentelor.

(Fluierul)