Tidsskriftet Science offentliggør den 13. maj 2011 en artikel om en ny metode til at afsløre nanomaterialers inderste hemmeligheder. Metoden er udviklet af forskere fra Risø DTU i samarbejde med forskere fra Kina og USA.
De fleste faste materialer består af millioner af små krystaller sat sammen til en sammenhængende masse, og deres egenskaber afhænger i høj grad af hvordan krystallerne vender og er placeret i forhold til hinanden, hvor store de er, og hvilken form de har.
Krystalstrukturen er i over hundrede år blevet studeret ved at se på metaloverflader i to dimensioner i et mikroskop. I de senere år har man udviklet røntgenfotografiske metoder som gør det muligt at se direkte ind i materialerne og genskabe et kort over krystalstrukturen i tre dimensioner, men kun ned til en opløsning på 100 nanometer (en nanometer er 100.000 gange mindre end tykkelsen på et menneskehår).
Den nye teknik som nu offentliggøres i Science, giver os mulighed for at kortlægge krystalstrukturen i 3D og helt ned til nanometer-opløsning ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop – et instrument som findes i mange forskningslaboratorier.
Metoden vil øge mulighederne for at udvikle nye og bedre materialer. Nanomaterialer er netop meget interessante fordi de er ekstremt stærke og har stor slidstyrke og derfor kan bruges i et væld af sammenhænge, lige fra mikroelektronik til højt belastede gear i store vindmøller.
De prøver man kigger på, må ikke være tykkere end få hundrede nanometer, men det er ikke noget problem når man vil se på krystalstrukturer i nanomaterialer, for her er krystallerne i gennemsnit mindre end 100 nanometer, og disse prøver kan således sagtens give et billede af de strukturer der for eksempel bestemmer styrke og smidighed.
På billedet her ser man et 3D-kort over krystallerne i en 150 nanometer tyk aluminiumfilm med en opløsning på 1 nm. Krystallerne har alle den samme atomare struktur, men de vender forskelligt som man kan se i de to fremhævede eksempler, og de har forskellige størrelser (fra nogle få til ca. 100 nm) og former (fra aflange til kugleformede).
En vigtig fordel ved 3D-metoden er at man kan se på materialet direkte samtidig med at man for eksempel varmebehandler det. Et billede taget lige før og lige efter en sådan behandling vil tydeligt vise hvordan strukturerne ændrer sig under processen.
Den nye 3D-metode er 100 gange bedre opløst end den hidtil brugte, og det åbner for mere præcise analyser af nanomaterialers egenskaber – og dermed for udviklingen af nye materialer til industrien.
Læs pressemeddelelse i forbindelse med publiceringen her