(Phys.org) — Le fotocamere subacquee degli scienziati hanno ricevuto una spinta questa estate dal Centro di microscopia elettronica presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Insieme ai colleghi dell'Università di Manchester, ricercatori hanno catturato le prime immagini in tempo reale al mondo e l'analisi chimica simultanea di nanostrutture mentre "sott'acqua, "o in soluzione.

"Questa tecnica consentirà ai chimici e agli scienziati dei materiali di esplorare fasi mai misurate prima dei processi chimici su nanoscala nei materiali, " ha detto lo scienziato dei materiali di Argonne Nestor Zaluzec, uno degli autori dell'articolo. Comprendere come i materiali crescono a livello di nanoscala aiuta gli scienziati a personalizzarli per qualsiasi cosa, dalle batterie alle celle solari.

I microscopi elettronici sono uno strumento prezioso nella cassetta degli attrezzi di uno scienziato perché possono vedere strutture molto più piccole rispetto ai normali microscopi a luce oa raggi X. Usano gli elettroni, che sono centinaia di volte più piccole delle lunghezze d'onda della luce, mappare il paesaggio fino alle molecole e persino agli atomi.

"Abbiamo scattato immagini su scala atomica e nanometrica per decenni, ma di solito è fatto con il campione nel vuoto, " disse Zaluzec. Quando cerchi atomi e molecole, eventuali molecole in più, anche quelli in aria, può offuscare l'immagine.

Ma gli oggetti o i processi più interessanti sulla Terra generalmente non si trovano nel vuoto, quindi gli scienziati hanno anche spinto dall'inizio per ottenere analisi e immagini dei materiali mentre si trovano in ambienti più naturali.

Nell'ultima decade, gli sviluppi hanno permesso agli scienziati di acquisire immagini di materiali in soluzione, ma ottenere l'analisi chimica allo stesso tempo è rimasto inaccessibile. Immagina quanto sarebbe utile per gli allenatori essere in grado di guardare il campo di un giocatore di baseball con la visione simultanea di raggi X e risonanza magnetica per osservare come i loro muscoli e le loro ossa si deformano sotto stress, o per i cuochi per poter osservare come gli albumi interagiscono con il lievito nella torta mentre cuoce in forno.

"Quello di cui abbiamo bisogno oggi è essere in grado di interrogare completamente un materiale, non solo vedere come appare, ma anche misurare i suoi stati elettronici e chimici e persino le proprietà fisiche, il tutto in tempo reale e alla massima risoluzione, il tutto in condizioni ambientali, " ha detto Zaluzec. "Tutto questo ci aiuta a capire perché i materiali si comportano in quel modo, e alla fine, per migliorare le loro proprietà."

Zaluzec e i suoi collaboratori hanno rielaborato la messa in scena del microscopio elettronico a trasmissione in modo che i rilevatori specializzati potessero dare un'occhiata più chiara al campione. Con questa innovazione, il team è stato finalmente in grado di ottenere immagini e mappe chimiche simultanee di dove si trovano diversi elementi nel campione. Ciò consente agli scienziati di osservare come le nanostrutture crescono e cambiano nel tempo durante le reazioni chimiche.

Il team sta ora lavorando con il produttore Protochips Inc. per rendere disponibile questa capacità alla comunità scientifica.

Lo scienziato di Argonne Dean Miller sta già guardando avanti per incorporare questa capacità nella prossima sfida:essere in grado di effettuare misurazioni con una tensione elettrica attraverso il campione nei liquidi. Questo replica le condizioni in cui, Per esempio, funzionerà la prossima generazione di batterie.

"Progettare nuovi materiali per affrontare i problemi della società di oggi è un'agenda complessa e impegnativa, " Zaluzec ha detto. "Parte del nostro lavoro presso l'Argonne Electron Microscopy Center è quello di anticipare la prossima ondata di domande e problemi scientifici e trovare modi per studiarli. Per affrontare questa sfida stiamo sviluppando strumenti scientifici per affrontare le sfide di oggi e di domani in una vasta gamma di settori".

Lo studio, "Imaging in tempo reale e analisi elementare locale di nanostrutture nei liquidi, " è stato pubblicato sulla rivista Comunicazioni chimiche con ricercatori dell'Università di Manchester e della BP.