(Phys.org) —As câmeras subaquáticas dos cientistas ganharam um impulso neste verão do Centro de Microscopia Eletrônica do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA. Junto com colegas da Universidade de Manchester, pesquisadores capturaram as primeiras imagens em tempo real do mundo e análises químicas simultâneas de nanoestruturas enquanto "debaixo d'água, "ou em solução.

"Esta técnica permitirá que químicos e cientistas de materiais explorem estágios nunca antes medidos de processos químicos em nanoescala em materiais, "disse o cientista de materiais da Argonne Nestor Zaluzec, um dos autores do artigo. Compreender como os materiais crescem em nível de nanoescala ajuda os cientistas a adaptá-los para tudo, desde baterias a células solares.

Os microscópios eletrônicos são uma ferramenta valiosa na caixa de ferramentas de um cientista porque podem ver estruturas muito menores do que os microscópios de luz ou raios-X normais. Eles usam elétrons, que são centenas de vezes menores do que os comprimentos de onda da luz, para mapear a paisagem até moléculas e até átomos.

"Temos feito imagens em escala atômica e nano por décadas, mas geralmente é feito com a amostra no vácuo, "Zaluzec disse. Quando você está procurando por átomos e moléculas, quaisquer moléculas extras, mesmo os que estão no ar, pode turvar a imagem.

Mas os objetos ou processos mais interessantes da Terra geralmente não são encontrados no vácuo, portanto, os cientistas também têm pressionado desde o início para obter análises e imagens de materiais enquanto eles estão em ambientes mais naturais.

Na última década, desenvolvimentos permitiram aos cientistas tirar imagens de materiais em solução, mas obter análises químicas ao mesmo tempo permaneceu inacessível. Imagine como seria útil para os treinadores serem capazes de assistir a um arremesso de um jogador de beisebol com visão simultânea de raios-X e ressonância magnética para observar como seus músculos e ossos se deformam sob estresse, ou para que os cozinheiros possam observar como as claras estão interagindo com o fermento no bolo enquanto ele assa no forno.

"O que precisamos hoje é ser capaz de interrogar totalmente um material, não apenas ver como ele se parece, mas também mede seus estados eletrônicos e químicos e até mesmo propriedades físicas, tudo em tempo real e na mais alta resolução, tudo em condições ambientais, "Disse Zaluzec." Tudo isso nos ajuda a entender por que os materiais se comportam dessa maneira, e finalmente, para melhorar suas propriedades. "

Zaluzec e seus colaboradores retrabalharam a encenação do microscópio eletrônico de transmissão para que os detectores especializados pudessem ter uma visão mais clara da amostra. Com esta inovação, a equipe foi finalmente capaz de obter imagens, bem como mapas químicos simultâneos de onde os diferentes elementos estão localizados na amostra. Isso permite que os cientistas observem como as nanoestruturas crescem e mudam com o tempo durante as reações químicas.

A equipe agora está trabalhando com o fabricante Protochips Inc. para disponibilizar esse recurso para a comunidade científica.

O cientista da Argonne, Dean Miller, já está pensando em incorporar essa capacidade ao próximo desafio:ser capaz de fazer medições com uma tensão elétrica na amostra em líquidos. Isso replica as condições sob as quais, por exemplo, a próxima geração de baterias funcionará.

"A engenharia de novos materiais para resolver os problemas sociais de hoje é uma agenda complexa e exigente, "Disse Zaluzec." Parte do nosso trabalho no Centro de Microscopia Eletrônica de Argonne é antecipar a próxima onda de questões e problemas científicos e descobrir maneiras de estudá-los. Para enfrentar este desafio, estamos desenvolvendo ferramentas científicas para enfrentar os desafios de hoje e de amanhã em uma variedade de áreas. "

O estudo, "Imagens em tempo real e análise elementar local de nanoestruturas em líquidos, "foi publicado no jornal Comunicações Químicas com pesquisadores da Universidade de Manchester e BP.