Un metodo per misurare la temperatura di campioni di dimensioni nanometriche all'interno di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM) è stato sviluppato dal professor Oh-Hoon Kwon e dal suo gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Chimica dell'UNIST.
Questa tecnologia innovativa, che utilizza nanotermometri basati sulla spettroscopia di catodoluminescenza (CL), apre nuove possibilità per analizzare le proprietà termodinamiche di campioni fini e promuovere lo sviluppo di materiali ad alta tecnologia.
Il microscopio elettronico a trasmissione consente ai ricercatori di osservare i campioni con un ingrandimento di centinaia di migliaia di volte trasmettendo un fascio di elettroni a lunghezza d'onda corta attraverso il campione. Rilevando la luce emessa dal campione attraverso la spettroscopia di emissione di raggi catodici, i ricercatori possono analizzare con precisione le proprietà fisiche e ottiche del campione su scala nanometrica.
I nanotermometri di nuova concezione si basano sulla variazione di intensità dipendente dalla temperatura di una specifica banda di emissione di raggi catodici di ioni europio (Eu 3+ ). Sintetizzando nanoparticelle drogate con ioni europio all'interno dell'ossido di gadolinio (Gd2 O 3 ), il gruppo di ricerca ha assicurato un danno minimo causato dal fascio di elettroni, consentendo esperimenti a lungo termine.
Attraverso l'analisi dinamica, il team ha confermato che il rapporto di intensità della banda di emissione luminosa degli ioni europio è un indicatore affidabile della temperatura, con un errore di misurazione impressionante di circa 4 ℃ utilizzando particelle di nanotermometri di circa 100 nanometri di dimensione. Questo metodo offre più del doppio della precisione delle tradizionali tecniche di misurazione della temperatura TEM e migliora significativamente la risoluzione spaziale.
Inoltre, il team ha dimostrato l'applicabilità dei nanotermometri inducendo cambiamenti di temperatura con un laser all'interno del TEM e misurando contemporaneamente la temperatura e le variazioni strutturali in tempo reale. Questa funzionalità consente l'analisi delle proprietà termodinamiche a livello nanometrico in risposta a stimoli esterni senza interferire con le procedure di analisi TEM standard.
Won-Woo Park, il primo autore dello studio, ha sottolineato la natura non invasiva del processo di misurazione della temperatura, evidenziando che l’interazione tra il fascio di elettroni di trasmissione e le particelle del nanotermometro consente il rilevamento della temperatura in tempo reale senza interrompere l’imaging TEM.
Ha osservato:"Il grande vantaggio del nanometro sviluppato è che il processo di misurazione della temperatura non interferisce con l'analisi esistente al microscopio elettronico a trasmissione. Poiché la temperatura viene misurata utilizzando la luce, un sottoprodotto generato dall'interazione tra il fascio di elettroni di trasmissione e il particella nanometrica, è possibile misurare l'immagine del microscopio elettronico a trasmissione e rilevare la temperatura in tempo reale."
Il professor Kwon ha sottolineato l'importanza di questa ricerca, affermando che "Gli indicatori di misurazione della temperatura sviluppati, se combinati con tecniche di imaging in tempo reale, facilitano l'osservazione dei cambiamenti di temperatura locale in risposta a stimoli esterni. Questo progresso è pronto a contribuire in modo significativo allo sviluppo di materiali high-tech come batterie secondarie e display."
Il lavoro è pubblicato sulla rivista ACS Nano .
Ulteriori informazioni: Won-Woo Park et al, Termometria di catodoluminescenza su scala nanometrica con un ossido di metallo pesante drogato con lantanidi nella microscopia elettronica a trasmissione, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c10020
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito da Ulsan National Institute of Science and Technology
