Les techniques du Centre de microscopie électronique d'Argonne ont aidé les scientifiques à obtenir une image complète de cette réaction chimique. Au cours de la réaction, la nanotige en haut à gauche est lentement recouverte d'une croissance de dépôts de cuivre de la solution. Les cartes montraient les emplacements des éléments dans la réaction :Ag, ou jaune, représentant de l'argent; bleu représentant l'or, Au ; et Cu, le cuivre, indiqué en rouge. Crédit :Nestor Zaluzec / Centre de Microscopie Electronique du Laboratoire National d'Argonne.
(Phys.org) — Les caméras sous-marines des scientifiques ont reçu un coup de pouce cet été du Centre de microscopie électronique du Laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie. Avec des collègues de l'Université de Manchester, les chercheurs ont capturé les premières images en temps réel au monde et l'analyse chimique simultanée des nanostructures « sous l'eau, " ou en solution.
"Cette technique permettra aux chimistes et aux scientifiques des matériaux d'explorer des étapes jamais mesurées auparavant de processus chimiques à l'échelle nanométrique dans les matériaux, " a déclaré Nestor Zaluzec, scientifique en matériaux d'Argonne, l'un des auteurs de l'article. Comprendre comment les matériaux se développent à l'échelle nanométrique aide les scientifiques à les adapter à tout, des batteries aux cellules solaires.
Les microscopes électroniques sont un outil précieux dans la boîte à outils d'un scientifique, car ils peuvent voir des structures beaucoup plus petites que les microscopes optiques ou à rayons X ordinaires. Ils utilisent des électrons, qui sont des centaines de fois plus petites que les longueurs d'onde de la lumière, cartographier le paysage jusqu'aux molécules et même aux atomes.
"Nous prenons des images à l'échelle atomique et nanométrique depuis des décennies, mais cela se fait généralement avec l'échantillon sous vide, " dit Zaluzec. Quand vous cherchez des atomes et des molécules, toute molécule supplémentaire, même ceux dans l'air, peut brouiller l'image.
Mais les objets ou processus les plus intéressants sur Terre ne se trouvent généralement pas dans le vide, les scientifiques ont donc également fait pression depuis le début pour obtenir des analyses et des images de matériaux alors qu'ils se trouvent dans des environnements plus naturels.
Au cours de la dernière décennie, les développements ont permis aux scientifiques de prendre des images de matériaux en solution, mais obtenir en même temps des analyses chimiques restait inaccessible. Imaginez à quel point il serait utile pour les entraîneurs de pouvoir regarder le terrain d'un joueur de baseball avec une vision simultanée aux rayons X et à l'IRM pour voir comment leurs muscles et leurs os se déforment sous l'effet du stress, ou pour que les cuisiniers puissent observer comment les blancs d'œufs interagissent avec la levure chimique dans le gâteau pendant la cuisson au four.
"Ce dont nous avons besoin aujourd'hui, c'est de pouvoir interroger pleinement un matériau, pas seulement de voir à quoi il ressemble, mais aussi mesurer ses états électroniques et chimiques et même ses propriétés physiques, le tout en temps réel et à la plus haute résolution, le tout dans des conditions environnementales, " a déclaré Zaluzec. " Tout cela nous aide à comprendre pourquoi les matériaux se comportent comme ils le font, et ultimement, pour améliorer leurs propriétés.
Zaluzec et ses collaborateurs ont retravaillé la mise en scène du microscope électronique à transmission afin que les détecteurs spécialisés puissent avoir un regard plus clair sur l'échantillon. Avec cette nouveauté, l'équipe a finalement pu obtenir des images ainsi que des cartes chimiques simultanées de l'emplacement des différents éléments dans l'échantillon. Cela permet aux scientifiques d'observer la croissance et l'évolution des nanostructures au cours des réactions chimiques.
L'équipe travaille maintenant avec le fabricant Protochips Inc. pour mettre cette capacité à la disposition de la communauté scientifique.
Le scientifique d'Argonne, Dean Miller, envisage déjà d'intégrer cette capacité dans le prochain défi :être capable de prendre des mesures avec une tension électrique à travers l'échantillon dans les liquides. Cela reproduit les conditions dans lesquelles, par exemple, la prochaine génération de batteries fonctionnera.
« L'ingénierie de nouveaux matériaux pour résoudre les problèmes de société d'aujourd'hui est un programme complexe et exigeant, " a déclaré Zaluzec. "Une partie de notre travail au Centre de microscopie électronique d'Argonne consiste à anticiper la prochaine vague de questions et de problèmes scientifiques et de trouver des moyens de les étudier. Pour relever ce défi, nous développons des outils scientifiques pour relever les défis d'aujourd'hui et de demain dans divers domaines. »
L'étude, "Imagerie en temps réel et analyse élémentaire locale de nanostructures dans les liquides, " a été publié dans la revue Communications chimiques avec des chercheurs de l'Université de Manchester et de BP.
