p Como flocos de neve, as nanopartículas vêm em uma ampla variedade de formas e tamanhos. A geometria de uma nanopartícula é muitas vezes tão influente quanto sua composição química para determinar como ela se comporta, de suas propriedades catalíticas ao seu potencial como um componente semicondutor. p Graças a um novo estudo do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os pesquisadores estão mais perto de compreender o processo pelo qual as nanopartículas feitas de mais de um material - chamadas de nanopartículas heteroestruturadas - se formam. Este processo, conhecido como nucleação heterogênea, é o mesmo mecanismo pelo qual gotas de condensação se formam na vidraça.

p Nanopartículas heteroestruturadas podem ser usadas como catalisadores e em sistemas avançados de conversão e armazenamento de energia. Tipicamente, essas nanopartículas são criadas a partir de minúsculas "sementes" de um material, em cima do qual outro material é cultivado. Neste estudo, os pesquisadores de Argonne notaram que as diferenças nos arranjos atômicos dos dois materiais têm um grande impacto na forma da nanopartícula resultante.

p "Antes de começarmos esta experiência, não estava totalmente claro o que está acontecendo na interface quando um material cresce em outro, "disse a nanocientista Elena Shevchenko, do Centro de Materiais em nanoescala de Argonne, uma facilidade de usuário do DOE Office of Science.

p Neste estudo, os pesquisadores observaram a formação de uma nanopartícula composta por platina e ouro. Os pesquisadores começaram com uma semente de platina e cultivaram ouro em torno dela. Inicialmente, o ouro cobriu a superfície da semente de platina uniformemente, criando um tipo de nanopartícula conhecido como "núcleo-casca". Contudo, conforme mais ouro foi depositado, começou a crescer de forma desigual, criando uma estrutura semelhante a um haltere.

p Graças à análise de raios-X de última geração fornecida pela Argonne's Advanced Photon Source (APS), uma instalação de usuário do DOE Office of Science, os pesquisadores identificaram a causa da formação de halteres como "incompatibilidade de rede, "em que o espaçamento entre os átomos nos dois materiais não se alinha.

p "Essencialmente, você pode pensar na incompatibilidade de rede como tendo uma fileira de caixas menores na camada inferior e caixas maiores na camada superior. Quando você tenta encaixar as caixas maiores no espaço de uma caixa menor, cria uma tensão imensa, "disse o físico de Argonne Byeongdu Lee.

p Embora a incompatibilidade da rede seja de apenas frações de nanômetro, o efeito se acumula conforme camada após camada de ouro se forma na platina. A incompatibilidade pode ser tratada pelas duas primeiras camadas de átomos de ouro - criando o efeito núcleo-casca - mas depois prova muito para superar. "O arranjo dos átomos é o mesmo nos dois materiais, mas a distância entre os átomos é diferente, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Argonne Soon Gu Kwon." Eventualmente, isso se torna instável, e o crescimento do ouro torna-se desigualmente distribuído. "

p À medida que o ouro continua a se acumular em um lado da nanopartícula da semente, pequenas quantidades "deslizam" pela lateral da nanopartícula como grãos de areia rolando pela encosta de uma colina de areia, criando a forma de haltere.

p A vantagem do estudo de Argonne vem da capacidade dos pesquisadores de realizar observações in situ do material em condições realistas usando o APS. "Esta é a primeira vez que alguém consegue estudar a cinética desse processo de nucleação heterogêneo de nanopartículas em tempo real sob condições realistas, "disse o físico de Argonne Byeongdu Lee." A combinação de duas técnicas de raios-X nos deu a capacidade de observar o material em nível atômico e em nanoescala, o que nos deu uma boa visão de como as nanopartículas se formam e se transformam. "Todas as conclusões feitas com base nos estudos de raios X foram posteriormente confirmadas usando microscopia de resolução atômica no grupo do professor Robert Klie, da Universidade de Illinois em Chicago.

p Esta análise da formação de nanopartículas ajudará a estabelecer as bases para a formação de novos materiais com propriedades diferentes e controláveis, de acordo com Shevchenko. "Para projetar materiais, você tem que entender como esses processos acontecem em um nível muito básico, " ela disse.

p A pesquisa foi financiada em parte pela National Science Foundation e pela University of Illinois at Chicago Research Resources Center.

p Um artigo baseado na pesquisa, "Nucleação heterogênea e transformação de forma de nanoestruturas metálicas multicomponentes, "apareceu na edição online de 2 de novembro da Materiais da Natureza .