با استفاده از نانولوله‌های کربنی تک‌دیواره به‌عنوان لوله آزمایش، محققان از هسته‌زایی ذرات در مقیاس‌های کمتر از یک نانومتر تصویربرداری کردند.
استفاده از نانولوله‌کربنی به‌عنوان لوله آزمایش برای مشاهده هسته‌زایی ذرات
یک راهبرد هوشمندانه به محققان این امکان را داده است که از هسته‌زایی و رشد ذرات آهن، طلا و رنیوم در زمان واقعی در مقیاس‌های زیرنانومتر تصویربرداری کنند. این اولین باری است که این امر با چنین جزئیاتی مشاهده شده است.
این راهبرد، ترکیبی از کاربرد نانولوله‌های تک‌دیواره با عنوان لوله آزمایش، کربن آمورف به‌عنوان انژکتور اتمی و میکروسکوپ الکترونی عبوری به‌عنوان منبع انرژی و ابزار تصویربرداری، می‌تواند دیدگاه‌های مهمی برای دانشمندان فراهم کند.
یوتع قیصر از دانشگاه اولم در آلمان که این کار پژوهشی را با آندری خلوبیستوف از دانشگاه ناتینگاه در انگلستان انجام می‌دهد، می‌گوید: «مراحل اولیه هسته‌زایی به‌صورت چشمگیری روی ساختار و توزیع اندازه بلورها اثر می‌گذارند.»
هر چند روش‌های مختلفی از جمله پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ نوری برای مطالعه هسته‌زایی فلزات استفاده می‌شود اما تعیین مشخصات دقیق اتمی مراحل اولیه این فرایند هنوز برای دانشمندان مشخص نیست.
میکروسکوپ الکترونی عبوری سلول مایع به‌تازگی برای تصویربرداری از هسته و رشته نانوبلورهای طلا با وضوح بالا استفاده شده است اما ماده مورد استفاده در سلول مایع، دشواری در کنترل مکان و سرعت فرایند موجب شده تا این روش با محدودیت‌هایی مواجه شود.
قیصر می‌گوید: «هیچ‌یک از این روش‌ها نمی‌توانند روند هسته‌زایی را در مراحل اولیه کنترل کنند. این اولین باری است که هسته‌زایی فلز که فقط با چند اتم شروع می‌شود، به‌صورت مستقیم در مقیاس اتمی و در زمان واقعی مشاهده می‌شود.»
با این رویکرد جدید، این تیم تحقیقاتی توانسته است تا شکل‌گیری بلور را در سه سیستم مختلف بررسی کند: مستقیم از یکدانه آهن اتمی، از یک نانوخوشه طلای آمورف که از قبل وجود داشته و با هم آمیختن دو خوشه رنیوم با ابعاد کمتر از یک نانومتر.
این گروه تحقیقاتی دریافته است که همه موارد هسته‌های بلور از طریق سازوکار دو مرحله‌ای تشکیل می‌شوند. قیصر می‌گوید: «این شامل شکل‌گیری اولیه یک فاز پیش‌ساز آمورف است که پس از آن با یک مرحله بلور پایدارتر جایگزین می‌شود. برای تمامی فلزات مورد مطالعه، اندازه بحرانی پیش‌ساز زیر ۲ نانومتر بوده است.
در این پروژه محققان نانولوله‌کربنی تک‌دیواره با قطر تقریبی ۱٫۵ نانومتر را برای کپسوله کردن اتم‌ها و خوشه‌های فلزی به کار بردند و در این مسیر از TEM برای تصویربرداری استفاده کردند.
