Gli scienziati della Chalmers University of Technology hanno sviluppato un nuovo modo per studiare le nanoparticelle una alla volta, e hanno scoperto che singole particelle che possono sembrare identiche in realtà possono avere proprietà molto diverse. I risultati, che può rivelarsi importante quando si sviluppano nuovi materiali o applicazioni come i sensori di idrogeno per le auto a celle a combustibile, sarà pubblicato in Materiali della natura .

"Siamo stati in grado di dimostrare che si ottengono conoscenze più approfondite sulla fisica di come i nanomateriali interagiscono con le molecole nel loro ambiente osservando la singola nanoparticella invece di osservarne molte contemporaneamente, che è quello che si fa di solito, " afferma il Professore Associato Christoph Langhammer, che ha guidato il progetto.

Applicando un nuovo approccio sperimentale chiamato nanospettroscopia plasmonica, il gruppo ha studiato l'assorbimento dell'idrogeno in singole nanoparticelle di palladio. Hanno scoperto che particelle con esattamente la stessa forma e dimensione possono presentare differenze fino a 40 millibar nella pressione alla quale viene assorbito l'idrogeno. Lo sviluppo di sensori in grado di rilevare le perdite di idrogeno nelle auto alimentate a celle a combustibile è un esempio di dove questa nuova comprensione potrebbe diventare preziosa in futuro.

"Una delle principali sfide quando si lavora sui sensori di idrogeno è progettare materiali la cui risposta all'idrogeno sia il più lineare e reversibile possibile. In questo modo, può essere utile la comprensione fondamentale acquisita delle ragioni alla base delle differenze tra singole particelle apparentemente identiche e di come ciò renda la risposta irreversibile in un determinato intervallo di concentrazione di idrogeno, "dice Christoph Langhammer.

Altri hanno esaminato singole nanoparticelle una alla volta, ma il nuovo approccio introdotto dal team di Chalmers utilizza la luce visibile a bassa intensità per studiare le particelle. Ciò significa che il metodo non è invasivo e non disturba il sistema su cui sta indagando, Per esempio, riscaldandolo.

"Quando studi le singole nanoparticelle devi inviare una sorta di sonda per chiedere alla particella 'cosa stai facendo?'. Questo di solito significa focalizzare un fascio di elettroni o fotoni ad alta energia o una sonda meccanica su un volume molto piccolo. ottenere rapidamente densità di energia molto elevate, che potrebbe perturbare il processo che si desidera esaminare. Questo effetto è ridotto al minimo nel nostro nuovo approccio, compatibile anche con le condizioni ambientali, il che significa che possiamo studiare le nanoparticelle una alla volta in un ambiente il più realistico possibile", dice Christoph Langhammer.

Anche se ora hanno raggiunto il livello in cui i loro risultati sono pronti per essere pubblicati, Christoph Langhammer crede di aver appena scalfito la superficie di ciò a cui porterà la loro scoperta e la metodologia sperimentale sviluppata in relazione a ulteriori ricerche. Spera che abbiano contribuito a stabilire un nuovo paradigma sperimentale, dove guardare le nanoparticelle individualmente diventerà lo standard nel mondo scientifico.

"Non è abbastanza buono da guardare, e quindi ottenere una media di, centinaia o milioni di particelle se vuoi capire i dettagli di come le nanoparticelle si comportano in diversi ambienti e applicazioni. Devi guardare quelli individuali, e abbiamo trovato un nuovo modo per farlo."

"La mia visione a lungo termine è applicare il nostro metodo a processi e materiali più complessi, e spingere i limiti in termini di come piccole nanoparticelle possono essere per noi essere in grado di misurarle. Auspicabilmente, lungo la strada, otterremo una visione ancora più profonda dell'affascinante mondo dei nanomateriali."