Um método para medir a temperatura de amostras de tamanho nanométrico dentro de um microscópio eletrônico de transmissão (TEM) foi desenvolvido pelo professor Oh-Hoon Kwon e sua equipe de pesquisa no Departamento de Química da UNIST.



Esta tecnologia inovadora, utilizando nanotermômetros baseados em espectroscopia de catodoluminescência (CL), abre novas possibilidades para analisar as propriedades termodinâmicas de amostras finas e avançar no desenvolvimento de materiais de alta tecnologia.

O microscópio eletrônico de transmissão permite aos pesquisadores observar amostras com uma ampliação de centenas de milhares de vezes, transmitindo um feixe de elétrons de comprimento de onda curto através da amostra. Ao detectar a luz emitida pela amostra por meio de espectroscopia de emissão de raios catódicos, os pesquisadores podem analisar detalhadamente as propriedades físicas e ópticas da amostra em escalas nanométricas.

Os nanotermômetros recentemente desenvolvidos baseiam-se na variação de intensidade dependente da temperatura de uma banda específica de emissão de raios catódicos de íons európio (Eu ³⁺ ). Ao sintetizar nanopartículas dopadas com íons európio dentro do óxido de gadolínio (Gd₂ O ³ ), a equipe de pesquisa garantiu danos mínimos do feixe de elétrons, permitindo experimentos de longo prazo.

Através de análise dinâmica, a equipe confirmou que a relação de intensidade da banda de emissão de luz dos íons európio é um indicador confiável de temperatura, com um erro de medição impressionante de cerca de 4°C usando nanopartículas de termômetro medindo aproximadamente 100 nanômetros de tamanho. Este método oferece mais que o dobro da precisão das técnicas convencionais de medição de temperatura TEM e melhora significativamente a resolução espacial.

Além disso, a equipe demonstrou a aplicabilidade dos nanotermômetros induzindo mudanças de temperatura com um laser dentro do TEM e medindo simultaneamente a temperatura e as variações estruturais em tempo real. Esta capacidade permite a análise de propriedades termodinâmicas em nível nanométrico em resposta a estímulos externos sem interferir nos procedimentos padrão de análise de TEM.

Won-Woo Park, o primeiro autor do estudo, enfatizou a natureza não invasiva do processo de medição de temperatura, destacando que a interação entre o feixe de elétrons de transmissão e as partículas do nanotermômetro permite a detecção de temperatura em tempo real sem interromper a imagem TEM.

Ele observou:"A grande vantagem do nanômetro desenvolvido é que o processo de medição de temperatura não interfere na análise existente do microscópio eletrônico de transmissão. Como a temperatura é medida usando luz, um subproduto gerado pela interação entre o feixe de elétrons de transmissão e o partícula nanométrica, é possível medir a imagem do microscópio eletrônico de transmissão e detectar a temperatura em tempo real."

O Professor Kwon destacou a importância desta pesquisa, afirmando que "Os indicadores de medição de temperatura desenvolvidos, quando combinados com técnicas de imagem em tempo real, facilitam a observação de mudanças locais de temperatura em resposta a estímulos externos. Este avanço está preparado para contribuir significativamente para o desenvolvimento de materiais de alta tecnologia, como baterias secundárias e monitores."

O trabalho está publicado na revista ACS Nano .

Mais informações: Won-Woo Park et al, Termometria de catodoluminescência em nanoescala com um óxido de metal pesado dopado com lantanídeo em microscopia eletrônica de transmissão, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c10020
Informações do diário: ACS Nano

Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan