Zuerst echt

Wissenschaftlern ist es gelungen, Teilchen zu erkennen, die größer als Atome, aber kleiner als Kolloide sind.

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Kristalle bestehen aus einer Reihe von Stoffen. Man findet sie beispielsweise in Salz, Zucker, Schneeflocken und Edelsteinen. In jedem Fall handelt es sich bei den Kristallen um hochgeordnete Schichtstrukturen. Obwohl Kristalle in der Natur allgegenwärtig sind, bleiben viele Informationen über ihre Entstehung ein Rätsel.

Dieses Rätsel wurde durch einen neuen Durchbruch verzögert. Mithilfe optimierter Mikroskopie haben Forscher der Northwestern University beobachtet, wie Nanopartikel in Echtzeit Kristalle bilden. Forscher haben den als „hypnotisierend“ beschriebenen Prozess der Selbstorganisation von Nanopartikeln zu festen Materialien erfasst.

Die Forscher haben Zeit damit verbracht, den Prozess zu optimieren, um sicherzustellen, dass der Elektronenstrahl die Partikel sehen kann, ohne sie zu beschädigen. In der neuen Studie verwendeten die Forscher unterschiedlich geformte Nanopartikel – Würfel, Kugeln und gezackte Würfel –, um zu untersuchen, wie sich die Form auf das Verhalten auswirkt.

Es wurde entdeckt, dass diese Nanopartikel in Lösung wackeln und zu Kristallen verschiedener Morphologien wie Polyedern heranwachsen. Die Bausteine ​​– Atome, Moleküle oder Ionen –, aus denen kristalline Materialien bestehen, sind hochgeordnet und bilden Gitter aus gleichmäßig verteilten Bausteinen. Diese Gitter stapeln sich dann übereinander und bilden ein dreidimensionales festes Material.

Dies zeigt sich daran, dass Partikel nach unten regnen, über Treppenstufen taumeln und herumrutschen, bevor sie einrasten und die charakteristischen gestapelten Schichten eines Kristalls bilden. Bei den Experimenten stellten die Forscher fest, dass die Partikel miteinander kollidierten und zu Schichten zusammenklebten. Um dann die schichtweise kristalline Struktur zu bilden, bildeten die Partikel zunächst eine horizontale Schicht und stapelten sie dann vertikal. Manchmal lösten sich die Partikel nach dem Zusammenkleben kurzzeitig und fielen auf eine darunter liegende Schicht.

Durch die Betrachtung von Nanopartikeln konnten die Wissenschaftler Partikel erkennen, die größer als Atome, aber kleiner als Kolloide sind. Damit haben wir das gesamte Spektrum der Längenskalen vervollständigt. Wir ergänzen die fehlende Länge.

Die Forschung hat auch eine praktische Anwendung und soll bei der Entwicklung neuer Materialien helfen, darunter Dünnfilme für elektronische Anwendungen wie flexible Elektronik, Leuchtdioden, Transistoren und Solarzellen. Möglich wurde dies durch den Einsatz der Flüssigphasen-Transmissionselektronenmikroskopie (TEM).

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht. Der Bericht trägt den Titel „Entschlüsselung des Kristallwachstums von Nanopartikeln“.

Dr. Tim Sandle ist Chefredakteur für Wissenschaftsnachrichten im Digital Journal. Tim ist auf Wissenschafts-, Technologie-, Umwelt- und Gesundheitsjournalismus spezialisiert. Er ist außerdem praktizierender Mikrobiologe; und ein Autor. Er interessiert sich auch für Geschichte, Politik und aktuelle Ereignisse.

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