Une équipe de scientifiques de l'Argonne National Laboratory du département américain de l'Énergie et de la Carnegie Institution de Washington a réussi à "observer" la croissance des nanoparticules en temps réel.

La technique révolutionnaire permet aux chercheurs de se renseigner sur les premières étapes de la génération de nanoparticules, longtemps un mystère en raison de méthodes de sondage inadéquates, et pourrait conduire à une amélioration des performances des nanomatériaux dans des applications telles que les cellules solaires, détection et plus encore.

"La croissance des nanocristaux est le fondement de la nanotechnologie, " a déclaré le chercheur principal Yugang Sun, un chimiste d'Argonne. « Le comprendre permettra aux scientifiques d'adapter plus précisément les propriétés nouvelles et fascinantes des nanoparticules. »

L'aspect et le comportement des nanoparticules dépendent de leur architecture :taille, forme, texture et chimie de surface. Cette, à son tour, dépend beaucoup des conditions dans lesquelles ils sont cultivés.

« Le contrôle précis des nanoparticules est très difficile, " expliqua Sun. " Il est encore plus difficile de reproduire les mêmes nanoparticules d'un lot à l'autre, car on ne connaît pas encore toutes les conditions de la recette. Température, pression, humidité, impuretés - elles affectent toutes la croissance, et nous continuons à découvrir d'autres facteurs."

Afin de comprendre comment les nanoparticules se développent, les scientifiques devaient réellement les observer en action. Le problème était que la microscopie électronique, la méthode habituelle pour voir jusqu'au niveau atomique des nanoparticules, nécessite un vide. Mais de nombreux types de nanocristaux doivent croître dans un milieu liquide - et le vide dans un microscope électronique rend cela impossible. Une cellule mince spéciale permet d'analyser une infime quantité de liquide au microscope électronique, mais cela limitait toujours les chercheurs à une couche liquide de seulement 100 nanomètres d'épaisseur, ce qui est significativement différent des conditions réelles de synthèse de nanoparticules.

Pour résoudre cette énigme, Sun a découvert qu'il avait besoin d'utiliser les rayons X à très haute énergie fournis au secteur 1 de la source de photons avancée (APS) d'Argonne, qui jouxte le Centre des matériaux nanométriques du laboratoire, Où il travaille. Le motif des rayons X diffusés par l'échantillon a permis aux chercheurs de reconstruire les premiers stades des nanocristaux seconde par seconde.

"Cette technique fournit une mine d'informations, notamment sur les étapes de nucléation et de croissance des cristaux, que nous n'avions jamais pu obtenir avant, " dit Soleil.

L'intensité des rayons X affecte la croissance des nanocristaux, Soleil a dit, mais les effets ne sont devenus significatifs qu'après un temps de réaction particulièrement long. « Obtenir une image claire du processus de croissance nous permettra de contrôler les échantillons pour obtenir de meilleurs résultats, et éventuellement, de nouveaux nanomatériaux qui auront un large éventail d'applications, », a expliqué Sun.

Les nanomatériaux pourraient être utilisés dans des cellules solaires photovoltaïques, des capteurs chimiques et biologiques et même de l'imagerie. Par exemple, les nanoplaques en métal noble peuvent absorber la lumière proche infrarouge, ils peuvent donc être utilisés pour améliorer le contraste des images. Dans un cas possible, une injection de nanoparticules spécialement adaptées à proximité du site tumoral d'un patient cancéreux pourrait augmenter le contraste d'imagerie entre les cellules normales et cancéreuses afin que les médecins puissent cartographier avec précision la tumeur.

"La clé de cette percée était la capacité unique pour nous de travailler avec des scientifiques de la source avancée de photons, le Centre des matériaux à l'échelle nanométrique et le Centre de microscopie électronique, le tout en un seul endroit, " dit Soleil.