p Um estudo recente conduzido pela City University of Hong Kong (CityU) descobriu que as nanofitas de ouro ultrafinas com fase de cristal hexagonal (tipo 4H) única mostram um comportamento "semelhante ao líquido" sob aquecimento, mas sua estrutura cristalina hexagonal permanece estável. Isso fornece uma visão sobre a estabilidade térmica deste novo tipo de nanomateriais metálicos e facilita o desenvolvimento de aplicações práticas no futuro. p Por causa de seu tamanho de recurso menor que 10 nm, nanoestruturas de metal ultrafino têm propriedades favoráveis ​​diferentes de metais a granel e nanoestruturas metálicas regulares. Eles têm sido considerados como um portador promissor para a nanoeletrônica e catálise do futuro. Em particular, nanofitas de ouro ultrafinas com fase hexagonal metaestável incomum (tipo 4H), relatado pela primeira vez em um estudo anterior do Professor Zhang Hua, atualmente, Professor Herman Hu Chair de Nanomateriais do Departamento de Química da CityU em 2015, têm um potencial muito maior em aplicações plasmônicas e catalíticas como a reação de evolução de hidrogênio eletrocatalítica do que a nanoestrutura de ouro usual com fase cúbica centrada na face (tipo FCC). No entanto, essas aplicações envolvem reações e funcionamento em alta temperatura, e a estabilidade de fase deste tipo de nanofitas de ouro sob aquecimento não foi bem estudada.

p Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Lu Yang, Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecânica da CityUand Professor Zhang, colaborou com pesquisadores da Universidade McGill, revelando com sucesso as respostas térmicas de nanofitas de ouro 4H ultrafinas em temperatura elevada usando técnicas avançadas de microscopia eletrônica de transmissão (TEM).

p A forma muda, mas a fase cristalina permanece sob aquecimento moderado

p De acordo com as descobertas da equipe, após dezenas de minutos de aquecimento moderado em cerca de 400 K (cerca de 127 ° C) por irradiação de feixe de elétrons controlada, as nanofitas de ouro 4H mostraram uma mudança óbvia em sua forma geométrica - de uma forma lisa para uma sinusoidal.

p Esta mudança na forma é chamada de "instabilidade Plateau-Rayleigh, "originalmente significando que um fluxo de líquido em queda tende a minimizar suas áreas de superfície e, portanto, quebrar em um fluxo constante de gotas devido à tensão superficial. A forma sinusoidal é um estágio intermediário de um fluxo que se quebra em gotas.

p "O fenômeno de instabilidade de Rayleigh foi originalmente encontrado em fluido, mas foi descoberto em algumas nanoestruturas metálicas aquecidas sob alta temperatura recentemente. No entanto, para nanofitas de ouro 4H neste estudo, o fenômeno de instabilidade de Rayleigh foi observado sob baixa temperatura de aquecimento, "disse o Dr. Lu. Ele elaborou ainda que" O aumento da difusão atômica e da otimização da energia de superfície na estrutura metálica em nanoescala são os mecanismos dominantes para a evolução da geometria da instabilidade de Rayleigh. Nesse caso, para nano metal ultrafino com um tamanho menor que 10 nm, o átomo de superfície ocupa uma proporção relativamente maior de seu volume total. Portanto, a difusão dos átomos da superfície tem um impacto muito mais significativo em sua forma geral, do que na estrutura de metal em tamanho maior (ou volume). Portanto, a mudança de forma é muito mais significativa quando aquecida. "

p A equipe também descobriu que a forma de fita das nanofitas de ouro possui uma tendência geral de se tornar uma forma cilíndrica com o aquecimento, uma característica distinta para amostras de nanofitas, a fim de reduzir a área de superfície enquanto o volume total constante se mantém.

p Mas o que surpreendeu a equipe foi, apesar de seu comportamento de deformação semelhante a líquido da instabilidade de Rayleigh, a fase metaestável 4H das nanofitas de ouro era estável, permanecendo em estrutura cristalina sólida sem qualquer transição de fase ao longo do aquecimento moderado. "Está em um estado intrigante de ser sólido e líquido, onde os átomos internos permanecem na estrutura ordenada cristalina periódica, mas seus átomos de superfície podem fluir rapidamente em grande escala e alterar sua geometria como líquido, "Dr. Lu descreveu.

p É a primeira vez que a instabilidade de Plateau-Rayleigh é observada em nanofitas de ouro ultrafinas e o Dr. Lu acredita que pode ser um fenômeno universal em outras nanoestruturas metálicas ultrafinas, também.

p Mudança de fase irreversível em alta temperatura

p A equipe de pesquisa estudou ainda a estabilidade de fase em temperatura mais alta das nanofitas de ouro 4H. Eles observaram que as nanofitas de ouro começaram a mudar sua fase de 4H para a fase cúbica centrada na face (FCC) gradualmente quando a temperatura estava em 800K (cerca de 527 ° C). Um aumento adicional na temperatura acelerou a transição de fase. As nanofitas inteiras se transformaram quase completamente na fase FCC quando a temperatura aumentou para cerca de 900 K (cerca de 627 ° C). E a transição de fase era irreversível à medida que a temperatura caía.

p "Esta descoberta fornece uma melhor compreensão da propriedade e estabilidade térmica em nanoestruturas de ouro ultrafinas com a fase 4H exclusiva. Isso facilitaria o desenvolvimento de futuras aplicações práticas em nanoeletrônica, plasmônica, e catálise que envolve operação em alta temperatura, "disse o professor Zhang.

p A equipe vai estender seu estudo sobre as propriedades da nanoestrutura ultrafina de outros metais preciosos, como platina, para explorar mais potenciais de aplicação.

p Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Matéria , intitulado "Efeito térmico e instabilidade de Rayleigh de nanofitas de ouro hexagonal 4H ultrafinas".