Un nouveau microscope qui sera construit à l'Université de Houston (UH) offrira aux scientifiques un meilleur moyen d'étudier les propriétés chimiques d'un ensemble de surfaces, couvrant toute la gamme des plastiques et des métaux aux cellules et à l'eau. Les chercheurs disent que cela aidera à la fois dans les études environnementales et la science des matériaux.

Un trois ans, Une subvention de 1 million de dollars de la Fondation W. M. Keck a été attribuée à Steven Baldelli, professeur agrégé de chimie à l'UH, pour construire l'appareil. Baldelli collabore sur ce projet avec Kevin Kelly, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'Université Rice.

« Les surfaces sont partout ; cependant, étudier leur chimie est un peu délicat car les surfaces n'ont souvent qu'un ou deux atomes d'épaisseur, " Baldelli a déclaré. "Les surfaces ont généralement des propriétés différentes de celles de la masse du matériau."

Le microscope que le groupe de Baldelli est en train de construire permettra aux scientifiques d'obtenir plus d'informations sur les surfaces. La technique actuelle de génération de fréquence somme, ou SFG, utilise un laser et fournit la nature chimique de la surface globale, mais pas la chimie détaillée des différentes régions à travers une surface et comment elles réagissent.

"Si vous regardez un morceau de métal, certaines parties seront brillantes, certains ennuyeux, un peu rouillé, " Baldelli a déclaré. "La chimie n'est pas uniforme à travers la surface. Ce nouveau microscope capturera et fournira des données pour toutes les zones. Les techniques actuelles brouillent les détails de régions spécifiques."

Baldelli dit qu'en savoir plus sur les différentes régions d'une surface sera utile à de nombreux domaines de la science, y compris la science de l'environnement pour les études des minéraux et des surfaces d'eau naturelles, ainsi que la science des matériaux pour la fabrication de différents matériaux tels que les métaux, alliages et polymères. Pour le nouveau microscope, Baldelli combine SFG avec une technique appelée imagerie par détection compressive, ce qui permettra aux scientifiques de diviser les données en régions localisées pour voir les réactions de la zone spécifique.

Selon Baldelli, le laser leur permet d'apprendre comment les molécules de surface se comportent en regardant comment les molécules interagissent avec la lumière du laser. Lorsque le faisceau laser frappe l'échantillon, les chercheurs récupèrent le signal et analysent ce qui se passe après son apparition, en leur donnant des données pour savoir si l'échantillon absorbe la lumière, émet de nouveaux signaux lumineux ou modifie la polarisation de la lumière.

Avant de recevoir la subvention de la Fondation Keck, les groupes Baldelli et Kelly ont construit un prototype pour prouver que le concept fonctionnerait. Baldelli et l'étudiant diplômé de l'UH Xiaojun Cai ont travaillé sur la chimie et l'optique laser, tandis que Kelly et son élève Ting Sun ont manipulé les données d'imagerie pour l'analyse des signaux de surface. Leurs résultats ont été publiés dans le Journal de physique chimique , avec un autre membre de l'équipe et un ancien de l'UH, Bian Hu, qui a travaillé avec le groupe Rice. L'article est disponible en ligne à l'adresse http://jcp.aip.org/resource/1/jcpsa6/v135/i19/p194202_s1.

"Cela a pris quelques années et a été construit avec des pièces de rechange, mais nous avons pu prouver que le principe fonctionne, " Baldelli a déclaré. "Nous avons montré que nous pouvons récupérer les images et les signaux de surface."

La subvention permettra à l'équipe d'acheter un laser plus rapide, leur donnant la possibilité de construire un appareil avec une résolution d'image et une vitesse d'acquisition de données améliorées. Avec plus de 50 groupes dans le monde utilisant la technique SFG actuelle pour les mesures de chimie de surface, Baldelli dit qu'une fois ce nouveau microscope terminé et entièrement testé, il sera facile pour les scientifiques du monde entier d'adopter la fonction supplémentaire de détection compressive.

« Environ les deux tiers des groupes utilisant SFG disposent déjà d'un laser à acquisition rapide, " a déclaré Baldelli. " Une fois que nous aurons construit et testé ce microscope combiné SFG et à détection de compression, d'autres groupes devraient être en mesure de mettre en œuvre la technique sans trop de dépenses supplémentaires."