تصویربرداری مستقیم از رشد بلورها

[pesare baba 2250]

اخیرا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری از رشد بلورها تصویربرداری مستقیم انجام شده است. اطلاعات این تصویربرداری پرده از رازی چند ساله برداشته است. نتایج این پروژه مکانیسم پدیده زیست معدنی شدن را مشخص کرده است.

 

زیست معدنی شدن یکی از فرآیند طبیعی است که منشاء پدید آمدن بسیاری محصولات در طبیعت هستند. کلید زیست معدنی شدن پدیده‌ای موسوم به اتصال جهت‌گیری شده است که در آن نانوذرات در یک جهت‌گیری عمومی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر چند این پدیده مدت‌هاست که برای دانشمندان شناخته شده اما مکانیسم آن به‌صورت رازی باقی مانده است. اطلاع بیشتر درباره اتصال جهت‌گیری شده به دانشمندان کمک می‌کند تا مواد جدید با خواص ساختاری جالب توجه را سنتز کنند. برای این منظور یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه ملی لورنس در برکلی از مهمترین مرحله این مکانیسم تصویربرداری کردند، این مرحله "جهش به تماس" نام دارد.

 

 

 

جیم دیورو از پژوهشگران این پروژه می‌گوید مشاهده مستقیم چرخش و تغییر میان نانوذرات ما را قادر می‌سازد تا نیرویی که جهت اتصال جهت‌گیری شده لازم است را محاسبه کنیم. با این کار ما می‌توانیم زیربنایی را برای تست مدل‌ها و شبیه‌سازی‌ها به وجود آوریم، چنین چیزی بستر لازم برای سنتز مواد جدید را فراهم می‌آورد.

 

نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Direction-specific interactions control crystal growth by oriented attachment در نشریه Science به چاپ رسیده است.

 

در این تحقیق پژوهشگران روی رشد نانوذرات اکسید آهن، فراوان‌ترین ماده در پوسته زمین، تحقیق کردند. این ماده نقش مهمی در فرآیند زیست معدنی شدن دارد. این گروه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری با قدرت تفکیک بالا (HRTEM) تصاویری را از جهت‌گیری نانوذرات در حین رشد بلورها تهیه کردند.

 

تصاویر نشان داد که ذرات می‌چرخند و با هم برهمکنش می‌دهند تا این که یک شبکه کامل را یافته و در فاصله کمتر از یک نانومتر فرآیند جهش به تماس را انجام می‌دهند. در ادامه اتم‌ها در نقطه تماس به‌صورت پهلویی کنار هم قرار می‌گیرند. نتایج نشان می‌دهد که برهمکنش ویژه با جهت‌گیری مشخص منجر به رشد بلور از طریق اتصال جهت‌گیری شده می‌شود.

 

این اطلاعات که برای اکسید آهن به‌دست آمده را می‌توان در سنتز مواد زیستی استفاده کرد همچنین از آن برای بررسی پدیده‌های طبیعی نیز می‌توان استفاده کرد پژوهشگران دریافته‌اند که معدنی شدن در فرآیند طبیعی اغلب از طریق اتصال ذره به ذره اتفاق می‌افتد.

 

این اطلاعات می‌تواند برای تولید نانوسیم‌های نیمه‌هادی درخت مانند نیز مورد استفاده قرار گیرد، در این ساختارها رشته دوم نانوسیم روی رشته اولیه ایجاد می‌شود. از این نانوسیم‌ها می‌توان در نانوالکترونیک، فتوکاتالیست‌ها و پیل‌های فتوولتائیک استفاده کرد.