Je leest:

Kristalachtige nanostructuren nu in 3D te zien

Kristalachtige nanostructuren nu in 3D te zien

Auteur: | 23 juli 2009

Onderzoekers van de Universiteit Utrecht zijn er in geslaagd nauwkeurige driedimensionale beelden te maken van een geordende stapeling van nanodeeltjes. Het onderzoek is van belang voor de ontwikkeling van nieuwe innovatieve materialen die bijvoorbeeld als katalysatoren kunnen dienen, of zonnecellen. Het Utrechtse onderzoek is onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nanoletters.

In de wereld van de nanotechnologie wordt hard gewerkt aan hele nieuwe soorten materialen met nieuwe, bijzondere eigenschappen. Een spannend onderzoeksgebied is dat van de ‘superroosters’ waarin nanodeeltjes tot geordende structuren worden samengevoegd. Zo’n materiaal gedraagt zich niet precies zoals je uit een simpele optelsom van de eigenschappen van de nanodeeltjes zou verwachten. De grootte van de deeltjes en de ordening in het superrooster (dat in feite als een kristal is te beschouwen) zijn in hoge mate bepalend voor het eindresultaat.

Vooral de zogenaamde ‘binaire superroosters’ zouden tot innovatieve materialen kunnen leiden. Ze zijn opgebouwd uit twee soorten nanodeeltjes met specifieke metallische, (half)geleidende, magnetische of optische eigenschappen. In de juiste combinatie kan dat tot verbluffende materiaaleigenschappen leiden. Zo lijkt het mogelijk om hele efficiënte zonnecellen te maken, of bijzondere katalysatoren.

Tomografie

Wie op een slimme manier zulke nieuwe materialen wil ontwerpen, moet goed zicht hebben op de relatie tussen de structuur en de eigenschappen (zoals sterkte, elektrische geleiding, of de mate van lichtweerkaatsing). “Als je dat weet, dan kun je met kleine aanpassingen in de structuur nieuwe materialen ontwikkelen”, zegt scheikundige Heiner Friedrich van de Universiteit Utrecht.

Friedrich leverde zelf een belangrijke bijdrage aan het onderzoek. Hij ontwikkelde een methode om de nanostructuur zeer gedetailleerd driedimensionaal in beeld te brengen met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop. Zo’n microscoop maakt gebruik van een elektronenbundel die dwars door het materiaal heen gaat.

Afbeelding van de structuur van een ‘binair superrooster’ opgebouwd uit de nanodeeltjes loodseleen (blauw) en cadmiumseleen (rood). De nanodeeltjes zelf zijn minuscule kristalletjes, maar ook het superrooster is als een kristal te beschouwen. Eén van de deeltjes loodseleen is op een vreemde plek te zien. Juist dit soort ‘defecten’ kunnen van belang zijn voor de materiaaleigenschappen. De afbeelding is geconstrueerd met een computer aan de hand van gegevens verkregen met een elektronenmicroscoop.
Universiteit Utrecht

Omdat het superrooster uit meerdere lagen met deeltjes bestaat, is het moeilijk om plaatjes te maken van de afzonderlijke deeltjes. Friedrich en zijn collega’s vonden hiervoor een oplossing. Door vanuit verschillende kanten met de elektronenmicroscoop beelden van het kristal te maken, konden zij een driedimensionaal plaatje samenstellen waarop de ordening van de deeltjes te zien is. Deze techniek heet tomografie en wordt al enkele jaren toegepast om de driedimensionale structuur van grote biomoleculen te ontrafelen.

De onderzoekers zagen de afzonderlijke nanodeeltjes zo scherp dat ze de positie exact konden bepalen. Daardoor zagen ze ook kleine foutjes in de stapeling van de nanodeeltjes. Zo bleken bijvoorbeeld sommige plaatsen in het rooster leeg te zijn en werden er vervormingen gevonden in de structuur. “Ook deze fouten zijn van groot belang voor het begrijpen van de eigenschappen van een materiaal”, zegt onderzoeker Friedrich.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 juli 2009
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.