Un expert en nanomatériaux de l'Université de Swansea a examiné comment les petites particules d'or survivent lorsqu'elles sont soumises à des températures très élevées.

La recherche est importante pour le secteur de l'ingénierie pour certaines applications potentielles de la nanotechnologie, par exemple en catalyse et en aérospatiale, où des particules de dimensions nanométriques seulement sont soumises à des températures très élevées.

Les résultats de l'étude, qui était une collaboration à trois entre Birmingham, Universités de Swansea et de Gênes, a été publié cette semaine dans la revue Communication Nature . L'étude a montré que les nanoparticules d'or de taille sélectionnée avec précision (561 atomes ± 14) sont remarquablement robustes contre la diffusion et l'agrégation, mais que leurs arrangements atomiques internes changent.

Les chercheurs ont utilisé un ultrastable, étape à température variable dans un microscope électronique à transmission à balayage à correction d'aberration pour soumettre un ensemble de nanoparticules d'or de taille sélectionnée (ou amas) à des températures pouvant atteindre 500 ° C tout en les imageant avec une résolution atomique. Les particules ont été déposées à partir d'une source de nanoparticules sur des films minces de nitrure de silicium ou de carbone.

Les deux architectures alternatives des nanoclusters d'or contenant 561 atomes

Les expériences ont montré que la liaison des nanoparticules d'or à la surface, aux défauts ponctuels, s'est avéré suffisamment solide pour les réparer, même au sommet de la plage de température. Mais les structures atomiques des amas ont fluctué sous le traitement thermique, alternant entre deux configurations principales d'atomes ("isomères") :il s'agissait d'une structure cubique à faces centrées, semblable à un petit morceau d'or en vrac, et un arrangement décaédrique avec une symétrie interdite dans un cristal étendu. Les chercheurs ont même pu mesurer l'infime différence d'énergie (seulement 40 meV) entre ces deux architectures atomiques différentes.

Professeur Richard Palmer, chef du laboratoire de nanomatériaux du Collège d'ingénierie de l'Université de Swansea, a commenté :« Ces expériences avancées nous ont permis de faire une nouvelle mesure des nanoparticules déposées sur une surface - la différence d'énergie entre deux arrangements atomiques concurrents. C'est quelque chose qui enthousiasme particulièrement les personnes qui utilisent des ordinateurs pour calculer les propriétés des nanomatériaux, une sorte de point de référence si vous voulez. Et les images montrent que nos petites nanoparticules sont vraiment des créatures plutôt coriaces, ce qui est de bon augure pour leurs applications dans la future fabrication industrielle."

Les recherches du Swansea Lab se concentrent sur l'augmentation de la production de ces nanoparticules de 10 millions de fois au niveau des grammes, et au-delà. Comme le dit le professeur Palmer :« Nous avons besoin de très petites choses en très grand nombre pour réaliser le véritable potentiel de la nanotechnologie ».