納米粒子在許多學(xué)科中都很重要，因?yàn)榕c它們的體積相比，它們的高表面積賦予了它們有趣的特性。因此，繼續(xù)開發(fā)納米顆粒的分析方法至關(guān)重要。大阪大學(xué)的研究人員報(bào)告了一種實(shí)時(shí)表征特定類型金屬納米顆粒形成的方法。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《物理評(píng)論B》上。

核殼納米粒子構(gòu)成了一種封裝在另一種材料中的材料，并提供了僅使用一種材料無法獲得的特性。

當(dāng)材料是金屬并且一種沉積在另一種之上時(shí)，金屬的某些特征——例如原子大小和表面能——意味著它們應(yīng)該以特定金屬作為殼來組織。然而，在實(shí)踐中，結(jié)果并不總是預(yù)期的，并且可能會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)程序而改變。

分析核殼納米材料的方法通常在合成后應(yīng)用，幾乎無法深入了解形成過程中發(fā)生的情況。因此，研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，使他們能夠在室溫下實(shí)時(shí)跟蹤金屬沉積和重組。

“我們的技術(shù)基于這樣一種想法，即如果表面能較高的金屬形成殼，粒子的表面積希望最小化，因此它會(huì)收緊球體，”第一作者NobutomoNakamura解釋說。“但是，如果金屬相互擴(kuò)散，核殼顆粒的結(jié)構(gòu)會(huì)更加分散。因此，我們使用壓電諧振器跟蹤了顆粒形狀的差異。”

形狀變化之后是在基板上非常靠近地生長納米顆粒，然后通過電阻監(jiān)測顆粒間的距離。

如果由諧振器激發(fā)的電場導(dǎo)致電子在間隔開的粒子之間移動(dòng)，則電阻很高，因?yàn)榱鲃?dòng)被間隙中斷。但是，如果顆粒擴(kuò)散并接觸，形成一條連續(xù)的路徑，那么電阻就會(huì)降低。然后使用這些信息來解釋粒子內(nèi)部發(fā)生的事情。

該系統(tǒng)用于研究兩種金屬的三種不同組合，以兩種順序沉積。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沉積可以實(shí)時(shí)跟蹤，金沉積后鈀顯著導(dǎo)致相互擴(kuò)散，形成結(jié)構(gòu)與沉積順序相反的核殼顆粒。

通過分子動(dòng)力學(xué)模擬獲得的Pd/Au納米粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖片來源：NobutomoNakamura等人。

“我們的技術(shù)為微調(diào)雙金屬核殼納米粒子的制備提供了機(jī)會(huì)，”Nakamura副教授說。“這種控制有望導(dǎo)致納米材料的定制設(shè)計(jì)，用于氫傳感和可持續(xù)處理等應(yīng)用。”

文章“雙金屬核殼納米粒子的重組：實(shí)時(shí)觀察”發(fā)表在PhysicalReviewB上。