In un nuovo sorprendente studio, i ricercatori dell'Università del Minnesota Twin Cities hanno scoperto che la radiazione del fascio di elettroni che in precedenza ritenevano cristalli degradati può effettivamente riparare le crepe in queste nanostrutture.
La scoperta rivoluzionaria fornisce un nuovo percorso per creare nanostrutture di cristalli più perfette, un processo fondamentale per migliorare l'efficienza e il rapporto costo-efficacia dei materiali utilizzati praticamente in tutti i dispositivi elettronici che usiamo ogni giorno.
"Per molto tempo, i ricercatori che studiavano le nanostrutture pensavano che quando avessimo messo i cristalli sotto la radiazione del fascio di elettroni per studiarli si sarebbero degradati", ha detto Andre Mkhoyan, professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali dell'Università del Minnesota e ricercatore capo dello studio. . "Ciò che abbiamo dimostrato in questo studio è che quando abbiamo preso un cristallo di biossido di titanio e lo abbiamo irradiato con un fascio di elettroni, le strette fessure naturali si sono effettivamente riempite e guarite da sole."
I ricercatori si sono imbattuti accidentalmente nella scoperta mentre utilizzavano il microscopio elettronico all'avanguardia dell'Università del Minnesota per studiare i cristalli per un motivo completamente diverso.
"Stavo studiando le crepe nei cristalli al microscopio elettronico e queste crepe continuavano a riempirsi", ha detto Silu Guo, Ph.D. in ingegneria chimica e scienza dei materiali dell'Università del Minnesota. alunno. "Questo è stato inaspettato e il nostro team ha capito che forse c'era qualcosa di ancora più grande che avremmo dovuto studiare."
Nel processo di autoriparazione, diversi atomi del cristallo si muovevano insieme in tandem, si incontravano al centro e formavano una sorta di ponte che riempiva la fessura. Per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato che i fasci di elettroni potrebbero essere utilizzati in modo costruttivo per progettare nuove nanostrutture atomo per atomo.
"Che si tratti di crepe atomicamente affilate o di altri tipi di difetti in un cristallo, credo che sia inerente ai materiali che abbiamo coltivato, ma è davvero sorprendente vedere come il gruppo del professor Mkhoyan possa riparare queste crepe utilizzando un fascio di elettroni", ha affermato l'Università di Bharat Jalan, professore di ingegneria chimica e scienza dei materiali del Minnesota, collaboratore della ricerca.
I ricercatori affermano che il prossimo passo sarà introdurre nuovi fattori come il cambiamento delle condizioni del fascio di elettroni o il cambiamento della temperatura del cristallo per trovare un modo per migliorare o accelerare il processo.
"Prima abbiamo scoperto, ora vogliamo trovare altri modi per progettare il processo", ha detto Mkhoyan.
Oltre a Mkhoyan, Guo e Jalan, il gruppo di ricerca comprendeva il dottorato in ingegneria chimica e scienza dei materiali dell'Università del Minnesota. lo studente Sreejith Nair e l'ex studente laureato Hwanhui Yun.
La ricerca "Riparare le crepe atomo per atomo nel rutilo TiO2 con radiolisi a fascio di elettroni", è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
Ulteriori informazioni: Silu Guo et al, Riparare le crepe atomo per atomo nel TiO rutilo2 con radiolisi a fascio di elettroni, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41781-x
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università del Minnesota
