Zheng est l'auteur correspondant d'un article décrivant cette recherche dans la revue Science . L'article s'intitule « Imagerie en temps réel de la croissance des nanotiges Pt3Fe en solution ». Les co-auteurs sont Hong-Gang Liao, Likun Cui et Stephen Whitelam.

Si le potentiel quasi illimité de la nanotechnologie doit même être approché, les scientifiques auront besoin d'une bien meilleure compréhension de la façon dont les particules de taille nanométrique peuvent s'assembler en structures hiérarchiques d'une organisation et d'une complexité toujours croissantes. Une telle compréhension vient du suivi des trajectoires de croissance des nanoparticules et de la détermination des forces qui guident ces trajectoires.

Grâce à l'utilisation de la microscopie électronique à transmission et des cellules d'observation des liquides, les scientifiques du Berkeley Lab et d'ailleurs ont fait des progrès significatifs dans l'observation des trajectoires de croissance des nanoparticules, y compris l'attachement orienté des nanoparticules - le phénomène chimique qui déclenche la croissance des nanocristaux en solution. Cependant, ces observations ont généralement été limitées aux premières minutes de croissance cristalline. Dans leur étude, Zheng et ses collègues ont pu prolonger le temps d'observation de quelques minutes à quelques heures.

"La clé pour étudier la croissance de nanocristaux colloïdaux avec différentes formes et architectures est de maintenir le liquide dans la fenêtre d'observation suffisamment longtemps pour permettre des réactions complètes, " dit Zheng. " Nous avons dissous les précurseurs moléculaires du platine et du fer dans un solvant organique et utilisé la pression capillaire pour aspirer la solution de croissance dans une cellule liquide de nitrure de silicium que nous avons scellée avec de l'époxy. L'étanchéité de la cellule était particulièrement importante car elle aidait à empêcher le liquide de devenir visqueux au fil du temps. Précédemment, nous voyions souvent les liquides devenir visqueux et cela empêcherait les interactions de nanoparticules qui entraînent la croissance des cristaux. »

Zheng et ses collègues ont choisi d'étudier la croissance des nanotiges de platine et de fer en raison du potentiel prometteur du matériau électrocatalytique pour une utilisation dans les dispositifs de conversion et de stockage d'énergie de nouvelle génération. Ils ont pu observer ces nanoparticules s'assembler en cristaux de nanotiges à l'aide de puissants microscopes électroniques à transmission au Centre national de microscopie électronique de Berkeley Lab, y compris TEAM 0.5 (microscope à transmission électronique à correction d'aberration), qui peut produire des images avec une résolution d'un demi-angström - moins que le diamètre d'un seul atome d'hydrogène.

« D'après ce que nous avons observé, seules des nanoparticules uniques existent au début de la croissance cristalline, mais, au fur et à mesure de la croissance, de petites chaînes de nanoparticules deviennent dominantes jusqu'à ce que, finalement, seules de longues chaînes de nanoparticules sont visibles, " dit Zheng. "Nos observations fournissent un lien entre le monde des molécules simples et des nanostructures hiérarchiques, ouvrant la voie à la conception rationnelle de nanomatériaux aux propriétés contrôlées."