Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA e do Carnegie Institution de Washington conseguiu "observar" o crescimento das nanopartículas em tempo real.

A técnica revolucionária permite aos pesquisadores aprender sobre os estágios iniciais da geração de nanopartículas, há muito um mistério devido a métodos de sondagem inadequados, e pode levar a um melhor desempenho dos nanomateriais em aplicações, incluindo células solares, detecção e muito mais.

"O crescimento do nanocristal é a base da nanotecnologia, "disse o pesquisador-chefe Yugang Sun, um químico Argonne. "Compreender isso permitirá que os cientistas ajustem com mais precisão as novas e fascinantes propriedades das nanopartículas."

A forma como as nanopartículas se parecem e se comportam depende de sua arquitetura:tamanho, forma, textura e química de superfície. Esse, por sua vez, depende muito das condições em que são cultivadas.

"Controlar com precisão as nanopartículas é muito difícil, "Sun explicou." É ainda mais difícil reproduzir as mesmas nanopartículas de lote para lote, porque ainda não conhecemos todas as condições da receita. Temperatura, pressão, umidade, impurezas - todas afetam o crescimento, e continuamos descobrindo mais fatores. "

Para entender como as nanopartículas crescem, os cientistas precisavam realmente observá-los no ato. O problema era que a microscopia eletrônica, o método usual para ver o nível atômico das nanopartículas, requer vácuo. Mas muitos tipos de nanocristais precisam crescer em um meio líquido - e o vácuo em um microscópio eletrônico torna isso impossível. Uma célula fina especial permite que uma pequena quantidade de líquido seja analisada em um microscópio eletrônico, mas ainda limitou os pesquisadores a uma camada líquida de apenas 100 nanômetros de espessura, que é significativamente diferente das condições reais para a síntese de nanopartículas.

Para resolver este enigma, Sun descobriu que precisava usar os raios-X de altíssima energia fornecidos no Setor 1 da Fonte Avançada de Fótons de Argonne (APS), que fica ao lado do Centro de Materiais em nanoescala do laboratório, onde ele trabalha. O padrão de raios-X espalhado pela amostra permitiu aos pesquisadores reconstruir os primeiros estágios dos nanocristais segundo a segundo.

"Esta técnica produz um tesouro de informações, especialmente nas etapas de nucleação e crescimento dos cristais, que nunca havíamos conseguido antes, "disse Sun.

A intensidade dos raios X afeta o crescimento dos nanocristais, Sun disse, mas os efeitos só se tornaram significativos após um tempo de reação especialmente longo. "Ter uma imagem clara do processo de crescimento nos permitirá controlar as amostras para obter melhores resultados, e eventualmente, novos nanomateriais que terão uma ampla gama de aplicações, ”Sun explicou.

Os nanomateriais podem ser usados ​​em células solares fotovoltaicas, sensores químicos e biológicos e até imagens. Por exemplo, nanoplacas de metal nobre podem absorver luz infravermelha próxima, para que possam ser usados ​​para aumentar o contraste nas imagens. Em um caso possível, uma injeção de nanopartículas especialmente adaptadas perto do local do tumor de um paciente com câncer pode aumentar o contraste da imagem entre as células normais e cancerosas para que os médicos possam mapear o tumor com precisão.

"A chave para essa descoberta foi a capacidade única de trabalharmos com cientistas da Fonte Avançada de Fótons, o Centro de Materiais em Nanoescala e o Centro de Microscopia Eletrônica - tudo em um só lugar, "Sun disse.