Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Bạn muốn tìm hiểu làm thế nào để thiết kế và xây dựng nguyên liệu nguyên tử bằng nguyên tử? Một kính hiển vi điện tử pha lỏng mới sẽ thúc đẩy toàn quyền kiểm soát nanoengineering. Cho dù một vật liệu xúc tác các phản ứng hóa học hoặc cản trở bất kỳ phản ứng phân tử nào đều là về cách các nguyên tử của nó được sắp xếp. Mục tiêu cuối cùng của công nghệ nano tập trung vào khả năng thiết kế và chế tạo nguyên tử vật liệu bằng nguyên tử, do đó cho phép các nhà khoa học kiểm soát các tính chất của chúng trong bất kỳ kịch bản nào.
Bạn muốn tìm hiểu làm thế nào để thiết kế và xây dựng nguyên liệu nguyên tử bằng nguyên tử? Một kính hiển vi điện tử pha lỏng mới sẽ thúc đẩy toàn quyền kiểm soát nanoengineering. Hơn thế nữa, các nhà công nghệ nano sẽ nói, trong một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science . Cho dù một vật liệu xúc tác các phản ứng hóa học hoặc cản trở bất kỳ phản ứng phân tử nào đều là về cách các nguyên tử của nó được sắp xếp. Mục tiêu cuối cùng của công nghệ nano tập trung vào khả năng thiết kế và chế tạo nguyên tử vật liệu bằng nguyên tử, do đó cho phép các nhà khoa học kiểm soát các tính chất của chúng trong bất kỳ kịch bản nào. Tuy nhiên, các kỹ thuật hình ảnh nguyên tử chưa đủ để xác định sự sắp xếp nguyên tử ba chiều chính xác của vật liệu trong dung dịch lỏng, điều này sẽ cho các nhà khoa học biết vật liệu ứng xử như thế nào trong cuộc sống hàng ngày, như trong nước hoặc huyết tương.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm nghiên cứu hạt nano thuộc Viện Khoa học cơ bản (IBS, Hàn Quốc) hợp tác với Tiến sĩ Hans Elmlund tại Viện khám phá sinh học của Đại học Monash ở Úc và Tiến sĩ Peter Ercius tại Phòng thí nghiệm phân tử của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở Hoa Kỳ đã báo cáo một phương pháp phân tích mới có thể phân giải cấu trúc 3D của các hạt nano riêng lẻ với độ phân giải cấp nguyên tử. Vị trí nguyên tử 3D của các hạt nano riêng lẻ có thể được chiết xuất với độ chính xác 0,02nm – nhỏ hơn sáu lần so với nguyên tử nhỏ nhất: hydro. Nói cách khác, phương pháp độ phân giải cao này phát hiện các nguyên tử riêng lẻ và cách chúng được sắp xếp trong một hạt nano.
Các nhà nghiên cứu gọi sự phát triển 3D SINGLE của họ (Nhận dạng cấu trúc của hạt nano bằng kính hiển vi điện tử tế bào graphene Liquid) và sử dụng các thuật toán toán học để lấy các cấu trúc 3D từ một tập hợp dữ liệu hình ảnh 2D thu được từ một trong những kính hiển vi mạnh nhất trên Trái đất. Đầu tiên, một dung dịch tinh thể nano được kẹp ở giữa hai tấm graphene, mỗi tấm chỉ dày một nguyên tử. “Nếu một bát cá được làm từ một vật liệu dày, sẽ khó có thể nhìn xuyên qua nó. Vì graphene là vật liệu mỏng nhất và mạnh nhất trên thế giới, chúng tôi đã tạo ra các túi graphene cho phép tia điện tử của kính hiển vi chiếu xuyên qua vật liệu đồng thời niêm phong mẫu chất lỏng, “PARK Jungwon giải thích,
Các nhà nghiên cứu thu được phim ở 400 hình ảnh mỗi giây của mỗi hạt nano tự do quay trong chất lỏng bằng kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (TEM). Sau đó, nhóm nghiên cứu áp dụng phương pháp tái cấu trúc của họ để kết hợp các hình ảnh 2D thành bản đồ 3D cho thấy sự sắp xếp nguyên tử. Xác định vị trí chính xác của mỗi nguyên tử cho các nhà nghiên cứu biết hạt nano được tạo ra như thế nào và nó sẽ tương tác như thế nào trong các phản ứng hóa học.
Nghiên cứu đã xác định cấu trúc nguyên tử của tám hạt nano bạch kim – bạch kim là loại kim loại quý nhất, được sử dụng trong một số ứng dụng như vật liệu xúc tác để lưu trữ năng lượng trong pin nhiên liệu và tinh chế dầu mỏ. Mặc dù tất cả các hạt được tổng hợp trong cùng một đợt, chúng vẫn hiển thị những khác biệt quan trọng trong cấu trúc nguyên tử ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.
“Bây giờ có thể xác định bằng thực nghiệm các cấu trúc 3D chính xác của vật liệu nano chỉ được suy đoán về mặt lý thuyết. Phương pháp mà chúng tôi phát triển sẽ góp phần vào các lĩnh vực sử dụng vật liệu nano như pin nhiên liệu, phương tiện hydro và tổng hợp hóa dầu”, TS. KIM Byung Hyo, tác giả đầu tiên của nghiên cứu. Đáng chú ý, phương pháp này có thể đo sự dịch chuyển và biến dạng nguyên tử trên các nguyên tử bề mặt của từng hạt nano. Phân tích biến dạng từ tái cấu trúc 3D tạo điều kiện đặc trưng cho các vị trí hoạt động của các phân tử nano ở quy mô nguyên tử, cho phép thiết kế dựa trên cấu trúc để cải thiện các hoạt động xúc tác. Phương pháp này cũng có thể đóng góp chung hơn vào việc tăng cường hiệu suất của vật liệu nano.
“Chúng tôi đã phát triển một phương pháp đột phá để xác định cấu trúc chi phối các tính chất vật lý và hóa học của hạt nano ở cấp độ nguyên tử trong môi trường tự nhiên của chúng. Phương pháp này sẽ cung cấp manh mối quan trọng trong quá trình tổng hợp vật liệu nano. Thuật toán chúng tôi giới thiệu có liên quan đến thuốc mới. phát triển thông qua phân tích cấu trúc của protein và phân tích dữ liệu lớn, vì vậy chúng tôi đang mong đợi ứng dụng tiếp theo vào nghiên cứu hội tụ mới, “Giám đốc HYEON Taeghwan của Trung tâm nghiên cứu hạt nano IBS lưu ý.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Viện Khoa học Cơ bản (IBS), Quỹ Khoa học và Công nghệ Samsung (SSTF) và Văn phòng Cơ sở Người dùng Khoa học (Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE)).
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Khoa học cơ bản . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :