Il 13 maggio 2011, il giornale Scienza ha pubblicato un documento in cui scienziati di Risoe DTU (Danimarca), in collaborazione con scienziati cinesi e statunitensi, segnalare un nuovo metodo per rivelare un'immagine 3D della struttura all'interno di un materiale.
La maggior parte dei materiali solidi è composta da milioni di piccoli cristalli, imballati insieme per formare un solido completamente denso. Gli orientamenti, forme, le dimensioni e la relativa disposizione di questi cristalli sono importanti nel determinare molte proprietà dei materiali.
Tradizionalmente, è stato possibile vedere la struttura cristallina di un materiale solo guardando una superficie tagliata, dando solo informazioni 2D. Negli ultimi anni, Sono stati sviluppati metodi a raggi X che possono essere utilizzati per guardare all'interno di un materiale e ottenere una mappa 3D della struttura cristallina. Però, questi metodi hanno un limite di risoluzione di circa 100 nm.
In contrasto, la tecnica di nuova concezione ora pubblicata in Scienza , consente la mappatura 3D della struttura cristallina all'interno di un materiale fino a una risoluzione nanometrica, e può essere eseguita utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione, uno strumento trovato in molti laboratori di ricerca.
I campioni devono essere più sottili di poche centinaia di nanometri. Però, questa limitazione non è un problema per le indagini sulle strutture cristalline all'interno dei nanomateriali, dove la dimensione media dei cristalli è inferiore a 100 nanometri, e tali materiali vengono indagati in tutto il mondo alla ricerca di materiali con proprietà nuove e migliori rispetto ai materiali che usiamo oggi.
Per esempio, i nanomateriali hanno una resistenza estremamente elevata e un'eccellente resistenza all'usura e le applicazioni spaziano quindi dalla microelettronica agli ingranaggi per grandi mulini a vento. La capacità di raccogliere un'immagine 3D della struttura cristallina di questi materiali è un passo importante per comprendere le origini delle loro proprietà speciali.
Un esempio di tale mappa 3D è fornito nella figura, che mostra la disposizione dei cristalli in un film di alluminio nanometallico spesso 150 nm. I cristalli hanno una struttura reticolare identica (disposizione degli atomi) ma sono orientati in modi diversi nel campione 3D come illustrato dalle etichette 1 e 2. I colori rappresentano gli orientamenti dei cristalli e ogni cristallo è definito da volumi dello stesso colore . I singoli cristalli di varie dimensioni (da pochi nm a circa 100 nm) e forme (da allungata a sferica) sono chiaramente visibili e mappati con una risoluzione di 1 nanometro.
Un importante vantaggio di tali metodi 3D è che consentono di osservare direttamente i cambiamenti che avvengono all'interno di un materiale. Per esempio, la mappatura può essere ripetuta prima e dopo un trattamento termico rivelando come cambia la struttura durante il riscaldamento.
Questa nuova tecnica ha una risoluzione 100 volte migliore rispetto alle tecniche 3D non distruttive esistenti e apre nuove opportunità per un'analisi più precisa dei parametri strutturali nei nanomateriali.
