Jak vznikají nanočástice. Kredit: CC0 Public Domain.

Svět nanočástic, kde se tyto nepatrné entity rodí, fungují a opět zanikají, je naprosto fascinující. Vzhledem ke své velikosti v nanoměřítku je ale pro nás dost obtížné tyto jevy pozorovat nebo se dokonce stát jejich svědky v reálném čase.
Přesto se to nedávno podařilo vědcům ze zařízení s příhodným jménem Sensitive Instrument Facility, které se nachází v laboratořích Ames Laboratory amerického ministerstva energetiky. Dokázali v reálném čase sledovat se speciálním rastrovacím elektronovým mikroskopem (aberration-corrected scanning transmission electron microscopy) pohyby atomů během syntézy intermetalických nanočástic.

Ames Laboratory.

Intermetalické látky přitom představují specifický typ slitin dvou nebo více kovů, která je homogenní a vykazuje uspořádanou krystalickou strukturu, často značně odlišnou od původní struktury obsažených kovů. Intermetalické látky mívají řadu pozoruhodných vlastností, bývají ale také těžko opracovatelné a křehké.

Badatelé studovali intermetalické nanočástice z platiny a cínu. Jde o unikátní nanočástice, které jsou slibné například pro využití v produkci biopaliva. Doposud ale nebylo do detailu jasné, jak vlastně tyto nanočástice vznikají. Taková informace by přitom byla cenná pro nastavení optimálních parametrů pro katalýzu během tvorby nanočástic.

Krystaly intermetalické látky Cr11Ge19. Kredit: Hui Han et al. (2016).

Detailní pozorování pohybů atomů platiny a cínu rastrovacím elektronovým mikroskopem během vzniku intermetalických nanočástic za vysokých teplot odhalilo přechodné fáze uspořádání atomů, které mají své unikátní katalytické vlastnosti. Jak zdůrazňují autoři výzkumu, tradiční syntéza materiálů se obvykle soustřední na počátek a konec reakce. Co se děje mezi tím, bývá více či méně záhadou.

Pozorování procesu vzniku intermetalických nanočástic na úrovni atomů přineslo poznání celého průběhu reakce, včetně jejích mezikroků. Jakmile podle badatelů známe dílčí kroky takových reakcí, tak je například můžeme v určitém bodě zastavit a podívat se, co vlastně vzniklo. To otevírá nové možnosti pro hledání doposud neznámých materiálů.

Video: In situ STEM video


Literatura
Ames Laboratory 1. 4. 2019.