Kimyagerler, Tetrahedron Şeklindeki Nanopartiküllerin Kontrollü Büyümesinde Yeni Bir Mekanizma Keşfetti
Doğa açıkça simetriyi sever. Örneğin, kendi ellerinize bakın. Ancak bazen doğa asimetrik şeyler üretir ve nedenleri her zaman açık değildir.
Rice Üniversitesi’nden kimyager Matthew Jones ve ekibi, yararlı nanoparçacıklar hakkında bu tür sorulara yanıt arıyordu ve şimdi bir tane bulmuş gibi görünüyor.
Jones, baş yazar ve doktora sonrası araştırmacı Muhua Sun ve lisansüstü öğrenciler Zhihua Cheng ve Weiyin Chen tarafından yapılan yeni bir çalışma, parçacık büyümesi sırasında simetri kırılmasının piramit şeklinde, altın tetrahedron nanokristalleri nasıl güvenilir bir şekilde oluşturduğunu gösteriyor.
Simetri kırılmasında, gelişmekte olan bir sistemdeki küçük dalgalanmalar sistemin kaderini belirler. Bu örnekte, simetrik bir atomik kafes ile başlayan nano ölçekli tohumlardan kristallerin büyümesi için geçerlidir.
Rice araştırmacıları, kristalizasyon işlemi sırasında termodinamik ve kinetik kuvvetlerin dengelenmesinin parçacık büyümesini istenen yönde eğmek için nasıl kullanılabileceğini gösterdi. Onların keşfi ayrıca, benzersiz metamalzemeler için yapı taşları olarak asimetrik nanoparçacıkların kullanılmasına yönelik bir yol açar.
American Chemical Society dergisi ACS Nano’daki çalışma, sıvı hücre transmisyon elektron mikroskobu (TEM) üzerine araştırma yapmasına yardımcı olmak için 2018'de verilen Jones’ Packard Bursu tarafından desteklenen çalışmadan kaynaklanmaktadır.
Jones ve laboratuvarı tarafından geliştirilen teknik, araştırmacıların, elektronların geçmesine izin verecek kadar büyük bir pencereden sıvı içinde oluşan tek metal nanoparçacıkları izlemesini sağlar. Genel kullanımda, transmisyon elektron mikroskopları yüksek vakumda çalışır ve maruz kalan sıvıları basitçe buharlaştırır.
Araştırmacılar, tetrahedron şeklindeki nanoparçacıkların genellikle diğer süreçlerin yan ürünleri olarak bulunduğunu, ancak bunları kasıtlı olarak laboratuvarda yapmanın zor olduğunu kanıtladılar.
Jones, “Bir parçacık tek bir kristal ise, genellikle kafesin simetrisini devralır. Ve kristaller, küpler, eşkenar dörtgenler veya oktahedronlar gibi oldukça simetrik olma eğilimindedir. Ancak bazı insanların gizemli bir şekilde ana kafesten daha düşük bir simetriye sahip olduğunu gördüğü tuhaf aykırı değerler var.”
Yeni çalışma, sıvı hücre tekniğinin ne kadar iyi çalıştığını gösteren Jones’un laboratuvarından yapılan ilk çalışmadır. Ligandlar ve öncüller içeren sıvıyı, onlar izlerken hücre içinden akma yeteneği, büyümenin yanlış gittiği noktada eve dönmelerine izin verdi ve nihai nanoparçacık ürününün simetrisini yeniden yönlendirdi.
Anahtar, büyüme hızı ve altın atomlarının termodinamik olarak tercih edilen yüzlerden ziyade uçlarındaki ve kenarlarındaki parçacıklara bağlanma eğiliminde olduğu koşullar gibi görünüyordu.
Jones, “Artık bir dizi koşulu tarayabildiğimiz için, bir uçta kinetik büyüme ve diğer uçta denge olan bir spektrum görebildik” dedi. Kinetik büyüme hızlıdır ve çıkıntılar çok hızlı büyür ve çok iyi kontrol edilmez. Dengede büyüme yavaştır ve sistem simetriyi korumak için yapmak istediğini yapar.
“Ancak sıvı hücre TEM, anında bir değişkeni değiştirmemize ve bu garip simetri kırılmasını ve iyi tanımlanmış bir tetrahedron parçacığının ortaya çıktığını görebildiğimiz ortadaki davranışı görmemize izin verdi. denge ve kinetik faktörler.”
Jones, temel dengenin anlaşılmasının “çeşitli diğer koşullara genellenebilir olması gerektiğini” söyledi.
Keşfin aynı zamanda dinamik kimyasal süreçlerin gözlemlenmesi ve analizi için değerli bir araç olarak sıvı hücre TEM’i oluşturduğunu ve potansiyel olarak biyotıp, kataliz veya nanofotonik için parçacıkların sentezinde birçok deneme ve yanılmayı ortadan kaldırdığını söyledi.
“Her şeyin olup bittiğini izlemek gibisi yok,” dedi. “Bu tekniğin yaptığı şey bu. Bir şeye foton çekmiyorsunuz ve ardından sonuçları yorumlamak için bir sürü analiz yapmanız gerekmiyor. Sadece süreci izliyorsunuz. Görmek inanmaktır.”
Bu yazı Rice University tarafından yazılmıştır. Orjinal makaleye buradan ulaşabilirsiniz.
Bilimle Kalın 🧪🤓
Kaynak:
