کاوش ساختار سطحی نانوبلورها

تعداد کمی از روش‌های اندازه‌گیری، در مقیاس نانو کاربرد دارند؛ لذا یافتن نکات کلیدی فعالیت شیمیایی نانوبلورهای طلا (یا هر نانوبلور فلزی دیگر) مشکل ‌است. اکنون، محققان در دانشگاه ایلونویز موفق به ساخت کاوشگر حساسی شده‌‌اند که می‌تواند ساختار اتمی نانوبلورهای طلا و دیگر مواد نانوبلوری را‌ شناسایی و تعیین مشخصات کند.

تعداد کمی از روش‌های اندازه‌گیری، در مقیاس نانو کاربرد دارند؛ لذا یافتن نکات
کلیدی فعالیت شیمیایی نانوبلورهای طلا (یا هر نانوبلور فلزی دیگر) مشکل ‌است. اکنون،
محققان در دانشگاه ایلونویز موفق به ساخت کاوشگر حساسی شده‌‌اند که می‌تواند ساختار
اتمی نانوبلورهای طلا و دیگر مواد نانوبلوری را‌ شناسایی و تعیین مشخصات کند.

طلا می‌تواند به شکل حلقه‌ها و گردنبندهای خیلی قشنگ در دست جواهرفروشان درآورده
شود؛ اما هنگامی که ‌اندازه آن تا حد نانوبلورهای حاوی چند هزار اتم کاهش یابد، این
فلز نجیب تبدیل به یک کاتالیست فوق‌العاده خوب می‌شود. جیان– مین زو، استاد مهندسی
و علم مواد در دانشگاه ایلونویز و یکی از این محققان، گفت:« بدون اطلاعات ساختاری
ضروری، فهم ما از نانوبلورها به مدل‌هایی که اغلب ساختار سطحی یک نانوبلور را با
تعمیم ساختار سطحی بلور توده‌ای آن تعیین مشخصات می‌کنند، محدود می‌شود. ما اختلاف
برجسته‌ای بین سطوح نانوبلورهای طلا و سطوح بلوری توده‌ای آن یافتیم که نشان می‌دهد
که به ارزیابی دوباره پیش‌برداشت‌هایمان درباره طبیعت دینامیک ساختاری و سطح
پیچیدگی ـ که نانوبلورها می‌توانند شامل شوند ـ نیاز داریم.»

ساختار اتمی سطوح نانوبلوری می‌تواند از الگوهای پراش به دست آمده از پرتوی
الکترونی همدوس بسیار متمرکز، استخراج

چون واکنش‌های شیمیایی اصولاً روی سطوح اتفاق
می‌افتند، دانشمندان نیاز دارند تا بدانند که اتم‌ها روی این سطوح چگونه مرتب
شده‌اند. هنگامی که میکروسکوپ کاوشگر پیمایشگر برای سطوح مسطح بلورهای توده‌ای
کار می‌کند، یک روش متفاوت برای مطالعه سطوح نانوبلورها لازم است. این محققان
برای این کار، روشی را به نام «پراش الکترونی همدوس نانو- مساحت» توسعه داده‌اند.

این روش با روشن‌ کردن یک نانوبلور طلای منفرد(دارای قطر حدود سه نانومتر و
حاوی نزدیک به هزار اتم) به‌وسیله یک باریکه الکترونی همدوس ـ دارای قطر حدود
۴۰ نانومتر ـ کار می‌کند. این باریکه الکترونی را اتم‌ها در نانوبلور پراکنده
می‌کنند و نتیجه آن یک الگوی پراش پیچیده تشکیل‌شده از خال‌های رنگی است. این
الگو مشابه آن چیزی است که هنگام انعکاس یک باریکه لیزر به‌وسیله یک سطح دیده
می‌شود. رمزگشایی این الگوی پراش، نظم ساختاری و رفتار اتم‌ها، و تعداد و طول
پیوندهای شیمیایی را در این نانوبلور شرح می‌دهد.
زو گفت: «نیروی شیمیایی بستگی به تعداد پیوندهای شیمیایی موجود، بنابراین تعداد
اتم‌های روی سطح، دارد. این اتم‌های روی سطح نسبت به اتم‌های داخلی یک بلور،
اتم‌های همسایه کمتری دارند و در نتیجه نیروی متفاوتی را تجربه می‌کنند. مطالعه
ما همچنین طول پیوندهای روی سطح یک نانوبلور طلا را نشان می‌دهد که با طول
پیوندهای داخل یک بلور توده‌ای خیلی متفاوت است.»
زو ادامه داد: «ما متوجه شدیم که اتم‌های سطحی همدیگر را می‌کشند؛ اما این
هم‌کشی بستگی به وجه بلور دارد. اتم‌ها روی وجوهی با پیوندهای کمتر تسلط یافته،
منجر به هم‌کشی خیلی کوچک‌تری روی دیگر وجوه می‌شوند. این رفتار با سطوح بلوری
توده‌ای متفاوت است و الگوی جدیدی را از دینامیک ساختاری برای مواد نانوبلوری
ارائه می‌کند.»
زو گفت:« تعیین مشخصات نانوساختارهای کوچک و سطوح آنها برای فهم خواص ویژه
نانومواد ضروری است. روش پراش الکترونی همدوس نانو- مساحت، برای ما امکان کاوش
سطوح نانوبلورهای منفرد و بررسی فعالیت کاتالیستی وابسته به ‌اندازه و
ساختارشان را فراهم می‌کند.»
این محققان نتایج کار خود را در مجله Nature Materials منتشر کرده‌اند.