Em 13 de maio de 2011, o jornal Ciência publicou um artigo onde cientistas da Risoe DTU (Dinamarca), em colaboração com cientistas da China e dos EUA, relatar um novo método para revelar uma imagem 3D da estrutura dentro de um material.

A maioria dos materiais sólidos são compostos por milhões de pequenos cristais, compactados para formar um sólido totalmente denso. As orientações, formas, os tamanhos e a disposição relativa desses cristais são importantes na determinação de muitas propriedades do material.

Tradicionalmente, só foi possível ver a estrutura cristalina de um material olhando para uma superfície de corte, dando apenas informações 2D. Nos últimos anos, Foram desenvolvidos métodos de raios-X que podem ser usados ​​para olhar o interior de um material e obter um mapa 3D da estrutura cristalina. Contudo, esses métodos têm um limite de resolução de cerca de 100 nm.

Em contraste, a técnica recém-desenvolvida agora publicada em Ciência , permite o mapeamento 3D da estrutura cristalina dentro de um material com resolução nanométrica, e pode ser realizado usando um microscópio eletrônico de transmissão, um instrumento encontrado em muitos laboratórios de pesquisa.

As amostras devem ser mais finas do que algumas centenas de nanômetros. Contudo, esta limitação não é um problema para investigações de estruturas cristalinas dentro de nanomateriais, onde o tamanho médio do cristal é inferior a 100 nanômetros, e tais materiais são investigados em todo o mundo em busca de materiais com propriedades novas e melhores do que os materiais que usamos hoje.

Por exemplo, os nanomateriais têm uma resistência extremamente alta e uma excelente resistência ao desgaste e, portanto, as aplicações vão desde a microeletrônica até engrenagens para grandes moinhos de vento. A capacidade de coletar uma imagem 3D da estrutura do cristal nesses materiais é um passo importante para ser capaz de compreender as origens de suas propriedades especiais.

Um exemplo de tal mapa 3D é dado na figura, mostrando o arranjo de cristais em um filme de alumínio nanometal de 150 nm de espessura. Os cristais têm estrutura de rede idêntica (arranjo de átomos), mas são orientados de maneiras diferentes na amostra 3D, conforme ilustrado pelos rótulos 1 e 2. As cores representam as orientações dos cristais e cada cristal é definido por volumes da mesma cor . Os cristais individuais de vários tamanhos (de alguns nm a cerca de 100 nm) e formas (de alongado a esférico) são claramente vistos e mapeados com uma resolução de 1 nanômetro.

Uma vantagem importante de tais métodos 3D é que eles permitem que as mudanças que ocorrem dentro de um material sejam observadas diretamente. Por exemplo, o mapeamento pode ser repetido antes e depois de um tratamento térmico, revelando como a estrutura muda durante o aquecimento.

Esta nova técnica tem uma resolução 100 vezes melhor do que as técnicas 3D não destrutivas existentes e abre novas oportunidades para análises mais precisas dos parâmetros estruturais em nanomateriais.